Superkonduktiviti. Sejarah dan intipati penemuan saintifik

PENEMUAN SAINTIFIK PALING PENTING
Perpustakaan percuma / Buku Panduan / Penemuan saintifik yang paling penting

Superkonduktiviti. Sejarah dan intipati penemuan saintifik

Penemuan saintifik yang paling penting

Buku Panduan / Penemuan saintifik yang paling penting

Malah pada zaman dahulu telah diperhatikan bahawa keadaan pengagregatan jirim bergantung pada keadaan luaran. Contoh yang paling menarik dan menggambarkan ialah perubahan air menjadi ais dan wap. Gas (ammonia) pertama kali dicairkan pada tahun 1792 oleh ahli fizik Belanda M. van Marum. Michael Faraday, bermula pada tahun 1823, menukar beberapa gas kepada keadaan cecair sekaligus: klorin, sulfur dioksida dan karbon dioksida.

Prosesnya tidak sukar, kerana gas perantaraan mencair pada suhu yang agak tinggi. Gas sebenar adalah perkara lain. Ia mengambil masa lebih daripada lima puluh tahun sehingga mereka berjaya mengubahnya menjadi keadaan cair. Pada tahun 1877, R. Pictet dan L. Calete memperoleh oksigen cecair dan nitrogen cecair. Pada skala perindustrian, pencairan udara dilakukan oleh jurutera Jerman K. Linde hanya pada tahun 1895.

Sekarang, nampaknya, mengikut skema yang telah dibuat, mudah untuk memindahkan mana-mana gas lain kepada keadaan cair. Tetapi ia tidak ada di sana. Sesungguhnya, sebahagian besar gas sejuk semasa pengembangan. Walau bagaimanapun, hidrogen, neon dan helium yang keras kepala berkelakuan "tidak jujur" - ia menjadi panas apabila mengembang.

Jalan keluar ditemui menjelang akhir abad kesembilan belas. Ternyata untuk mendapatkan hidrogen dan helium cecair, anda hanya perlu menyejukkannya terlebih dahulu ke suhu yang agak rendah.

Olshevsky di Krakow, Kamerling-Onnes di Holland, dan Dewar di England secara serentak cuba mendapatkan hidrogen cair. Dewar memenangi pertandingan ini: pada 10 Mei 1898, dia menerima 20 sentimeter padu hidrogen cecair. Beberapa bulan kemudian, dia berjaya memperoleh hidrogen pepejal. Hanya 14 darjah memisahkannya daripada sifar mutlak.

Fikiran yang cemerlang, seni penguji yang cemerlang dan ilmu yang cemerlang membantu James Dewar menjadi salah seorang perintis teknologi kriogenik. Perlu diperhatikan bahawa kedua-dua istilah itu sendiri (dari bahasa Yunani "kryos" - sejuk), dan "kapal Dewar" yang terkenal adalah miliknya.

Tetapi helium berdegil enggan tunduk. Sehingga 9 Julai 1908 barulah berita tiba bahawa Dr. Heike Kamerling-Onnes (1853-1926) dari Universiti Leiden telah mencairkan helium. Dia menentang gerak hati dan kemahiran Dewar dengan sistem, dengan kebolehan penganjur yang hebat. Makmal Kamerling-Onnes yang terkenal di Leiden, di mana beliau menjadi pengarah pada usia 29 tahun, dipanggil model pertama institut penyelidikan abad ke-XNUMX.

"Pada akhir percubaan, Kamerling-Onnes membuat percubaan untuk mendapatkan helium pepejal," tulis R. Bakhtamov. "Dia gagal. Dia gagal kemudian, apabila dia mencapai suhu 1,38, dan kemudian 1,04 darjah Kelvin. sebab untuk ini fenomena aneh, dia, bagaimanapun, memaksa dirinya untuk berundur dan meneruskan ke titik seterusnya program yang dirancang - untuk mengkaji sifat logam pada suhu helium.

Onnes mengukur rintangan elektrik emas, platinum dan mengambil merkuri. Dan kemudian kejutan bermula. Pada 28 April 1911, beliau melaporkan kepada Akademi Diraja Belanda bahawa rintangan merkuri telah mencapai nilai yang rendah sehingga "instrumen tidak mengesannya." Pada 27 Mei, mesej itu telah dijelaskan: rintangan merkuri tidak jatuh secara beransur-ansur, tetapi secara mendadak, mendadak, dan berkurangan sehingga seseorang boleh bercakap tentang "kehilangan rintangan."

Dalam artikel yang diterbitkan pada Mac 1913, Onnes menggunakan istilah "superkonduktiviti" untuk kali pertama. Selepas 11 tahun lagi, dia akan mula memahami sesuatu dalam fenomena aneh ini. Dalam 50 tahun, fenomena itu akan dijelaskan, walaupun tidak sepenuhnya. Beberapa kali Onnes memerhati satu lagi fenomena yang agak pelik - pergerakan helium yang luar biasa tinggi. Tetapi ia sudah sangat luar biasa bahawa Onnes tidak cuba untuk memahami sesuatu.

Dia meneruskan barisnya, bergerak lebih dekat dan menghampiri sifar mutlak. Dia menggunakan, pada dasarnya, satu kaedah: untuk mengurangkan tekanan wap helium cecair, dia memasang lebih banyak pam berkuasa. Pada akhirnya, Onnes mencapai 0,83 darjah Kelvin. Ia seolah-olah menjadi had. Walau bagaimanapun, pada April 1926 - dua bulan selepas kematian Kamerling-Onnes - profesor Amerika Latimer, setelah mengembangkan idea William Gioka Kanada, mencadangkan kaedah penyejukan baru - magnetik. Pada tahun 1956, Francis Simon dari Oxford memperoleh suhu 0,00001 darjah Kelvin, hanya seratus ribu darjah melebihi sifar mutlak."

Yang menghairankan, hanya tiga puluh tahun selepas pencairan helium, sifatnya yang paling eksotik, superfluidity, ditemui, walaupun beribu-ribu eksperimen telah dijalankan. Tetapi suatu hari sekumpulan saintis Kanada masih berani memberi penerangan, dengan tegas enggan membuat kesimpulan. "Kesimpulan yang betul tentang fenomena baru," kata mereka, "tidak sukar dibuat walaupun untuk pelajar tahun satu. Tetapi hanya ahli fizik yang matang dan berpengalaman akan mengambil berat untuk menganggap bahawa kekonduksian terma cecair tiba-tiba. meningkat berjuta-juta kali ganda.”

Pada awal tahun 1938, Nature menerbitkan dua artikel. Salah seorang daripada mereka adalah ahli sains Soviet P.L. Kapitsa, dan satu lagi kepada Allen dan Mizenar dari Universiti Cambridge. Keputusan dan kesimpulan mereka bertepatan: aliran helium cecair hampir tidak mempunyai kelikatan sepenuhnya. Ia adalah Kapitsa yang memiliki istilah "superfluidity", yang telah diterima umum. Yang menarik, atom helium dan elektron bebas logam berkelakuan dengan cara yang sama. Penemuan ini memungkinkan untuk menyambung kedua-dua fenomena: superkonduktiviti dan superfluiditi aliran elektron dalam konduktor.

Superkonduktiviti ditemui pada awal abad ini, tetapi hanya pada tahun 1957 Bardeen, Cooper dan Schriefer dapat memberikan penjelasan yang memuaskan untuk fenomena superkonduktiviti dengan membina teori yang membawa nama mereka (teori BCS).

"Apa yang berlaku dalam superkonduktor?" Regge bertanya dalam bukunya. "Jawapan penuh untuk soalan ini adalah panjang dan rumit. Biasanya, dua elektron menolak satu sama lain dalam vakum, tetapi dalam logam, cas positif nukleus melindungi cas negatif elektron, dan tolakan boleh hampir hilang sepenuhnya. Dalam banyak kes, saringan ternyata tidak lengkap, dan kemudian superkonduktiviti tidak diperhatikan.

Dalam sesetengah kes, kekisi mengecut di sekeliling elektron, sekali gus mewujudkan awan cas positif yang membaluti elektron tersebut dan menarik elektron lain. Hasilnya ialah sedikit tarikan antara elektron. Oleh kerana daya tarikan ini lemah, ia hanya menyebabkan elektron bergerak secara berpasangan; Oleh itu, terdapat ikatan yang serupa dengan ikatan kimia, tetapi beribu-ribu kali lebih lemah. Akibatnya, pasangan Cooper adalah serupa dengan molekul "dua elektron", dan peralihan kepada keadaan superkonduktiviti boleh dianggap sebagai perubahan gas elektron kepada gas yang terdiri daripada "molekul" sedemikian. Fenomena yang sama berlaku dalam kimia: contohnya, jika oksigen diatomik dipanaskan, ia terpecah menjadi atom tunggal yang boleh bergabung semula apabila disejukkan.

Gas elektron yang bergerak dalam logam terkondensasi menjadi cecair pasangan Cooper, yang akan kita panggil "kondensat". Jejari pasangan sedemikian adalah kira-kira 300 angstrom, yang jauh lebih besar daripada jarak antara atom jiran (beberapa angstrom). Dalam lautan pasangan Cooper, sukar untuk membayangkan riak atau ombak yang lebih pendek daripada pasangan itu sendiri. Oleh itu, ketidakhomogenan kekisi dengan dimensi tidak lebih daripada sepuluh angstrom tidak mewakili halangan untuk aliran kondensat, dan tiada kehilangan tenaga berlaku. Ini adalah punca utama superkonduktiviti."

Masih sukar untuk membayangkan semua akibat daripada penemuan ini. Kesan superkonduktiviti telah berjaya digunakan dalam kereta api Maglev Jepun berkelajuan tinggi. "Sistem magnet superkonduktor dengan ciri unik telah dicipta dan berfungsi," tulis R. Bakhtamov. "Lockheed, sebagai contoh, telah membina elektromagnet seberat 85 kilogram dan menghasilkan medan magnet sebanyak 15 oersted.

Magnet superkonduktor terbesar dengan medan 30-40 ribu oersted dan saiz kira-kira 4 meter sudah bekerja di beberapa makmal pemecut di Eropah dan Amerika, magnet dengan medan sehingga 170 ribu oersted telah dicipta.

Kerja sedang dijalankan untuk mencipta mesin elektrik terbesar - penjana turbo dan hidro dengan sistem pengujaan superkonduktor.

Superkonduktor membuka kemungkinan baru sepenuhnya dalam penciptaan komputer. Arus dalam sistem superkonduktor ialah peranti storan ideal yang mampu menyimpan sejumlah besar data dan mengeluarkannya pada kelajuan yang hebat...

Aloi telah diperolehi yang mengekalkan superkonduktiviti pada 18–20 darjah Kelvin. Penciptaan bahan yang akan mempunyai sifat pada suhu sekurang-kurangnya 100 darjah Kelvin akan membawa kepada revolusi dalam kejuruteraan elektrik. Sains moden percaya bahawa tugas itu adalah nyata, dan akibat penyelesaiannya akan ditakrifkan dalam satu perkataan - hebat.

Pengarang: Samin D.K.

Kami mengesyorkan artikel yang menarik bahagian Penemuan saintifik yang paling penting:

▪ Hukum kedua termodinamik

▪ Teorem asas algebra

▪ Agen penyebab tuberkulosis

Lihat artikel lain bahagian Penemuan saintifik yang paling penting.

Baca dan tulis berguna komen pada artikel ini.

<< Belakang

Berita terkini sains dan teknologi, elektronik baharu:

Kulit tiruan untuk emulasi sentuhan 15.04.2024

Dalam dunia teknologi moden di mana jarak menjadi semakin biasa, mengekalkan hubungan dan rasa dekat adalah penting. Perkembangan terkini dalam kulit tiruan oleh saintis Jerman dari Universiti Saarland mewakili era baharu dalam interaksi maya. Penyelidik Jerman dari Universiti Saarland telah membangunkan filem ultra nipis yang boleh menghantar sensasi sentuhan dari jauh. Teknologi canggih ini menyediakan peluang baharu untuk komunikasi maya, terutamanya bagi mereka yang mendapati diri mereka jauh daripada orang tersayang. Filem ultra-nipis yang dibangunkan oleh penyelidik, hanya 50 mikrometer tebal, boleh disepadukan ke dalam tekstil dan dipakai seperti kulit kedua. Filem ini bertindak sebagai penderia yang mengenali isyarat sentuhan daripada ibu atau ayah, dan sebagai penggerak yang menghantar pergerakan ini kepada bayi. Ibu bapa yang menyentuh fabrik mengaktifkan penderia yang bertindak balas terhadap tekanan dan mengubah bentuk filem ultra-nipis. ini ...>>

Petgugu Global kotoran kucing 15.04.2024

Menjaga haiwan peliharaan selalunya boleh menjadi satu cabaran, terutamanya dalam hal menjaga kebersihan rumah anda. Penyelesaian menarik baharu daripada pemula Global Petgugu telah dipersembahkan, yang akan menjadikan kehidupan lebih mudah bagi pemilik kucing dan membantu mereka memastikan rumah mereka bersih dan kemas dengan sempurna. Startup Petgugu Global telah melancarkan tandas kucing unik yang boleh menyiram najis secara automatik, memastikan rumah anda bersih dan segar. Peranti inovatif ini dilengkapi dengan pelbagai sensor pintar yang memantau aktiviti tandas haiwan kesayangan anda dan diaktifkan untuk membersihkan secara automatik selepas digunakan. Peranti ini bersambung ke sistem pembetung dan memastikan penyingkiran sisa yang cekap tanpa memerlukan campur tangan daripada pemilik. Selain itu, tandas mempunyai kapasiti storan boleh siram yang besar, menjadikannya sesuai untuk isi rumah berbilang kucing. Mangkuk sampah kucing Petgugu direka bentuk untuk digunakan dengan sampah larut air dan menawarkan pelbagai jenis tambahan ...>>

Daya tarikan lelaki penyayang 14.04.2024

Stereotaip bahawa wanita lebih suka "budak jahat" telah lama tersebar luas. Walau bagaimanapun, penyelidikan baru-baru ini yang dijalankan oleh saintis British dari Universiti Monash menawarkan perspektif baru mengenai isu ini. Mereka melihat bagaimana wanita bertindak balas terhadap tanggungjawab emosi lelaki dan kesanggupan untuk membantu orang lain. Penemuan kajian itu boleh mengubah pemahaman kita tentang perkara yang menjadikan lelaki menarik kepada wanita. Kajian yang dijalankan oleh saintis dari Universiti Monash membawa kepada penemuan baharu tentang daya tarikan lelaki kepada wanita. Dalam eksperimen itu, wanita ditunjukkan gambar lelaki dengan cerita ringkas tentang tingkah laku mereka dalam pelbagai situasi, termasuk reaksi mereka terhadap pertemuan dengan gelandangan. Sebahagian daripada lelaki itu tidak mengendahkan gelandangan itu, manakala yang lain membantunya, seperti membelikan dia makanan. Kajian mendapati lelaki yang menunjukkan empati dan kebaikan lebih menarik perhatian wanita berbanding lelaki yang menunjukkan empati dan kebaikan. ...>>

Berita rawak daripada Arkib

Penonton akan dapat mengawal filem menggunakan gelombang otak 07.01.2019

Sebuah filem sci-fi telah dibuat di UK yang akan mengawal penonton dengan gelombang otak.

Pelajar PhD Universiti Nottingham Richard Ramchern telah mencipta "The Moment", sebuah filem yang boleh mengubah plotnya mengikut kehendak penonton. Menurut Ramchern, ciptaannya mesti dilihat semasa memakai topi keledar electroencephalogram otak yang merekodkan gelombang otak manusia.

Penonton yang berbeza mencipta versi filem yang berbeza apabila ia ditala ke otak mereka. Apabila sistem merekodkan kehilangan minat di pihak orang itu, apabila penonton mula bosan, muzik dalam filem itu berubah, tindakan itu dengan cepat digantikan dengan adegan yang dikaitkan dengan watak utama gambar, atau penyuntingan lain. keputusan dibuat berdasarkan aktiviti otak penonton.

Aksi dalam filem itu berlaku dalam masa depan dystopian, di mana bahaya utama kepada manusia adalah kecerdasan buatan.
Adalah diperhatikan bahawa filem itu boleh ditonton beberapa kali, dan setiap kali ia akan berbeza.

Berita menarik lain:

▪ Penguat Pembezaan Kuasa Mikro LT1990

▪ TPS65023 - pengawal kuasa baharu untuk DaVinci

▪ Labuci berbahaya

▪ Cendawan Chernobyl untuk angkasawan

▪ Kunci pencucuhan jauh kereta kredit

Suapan berita sains dan teknologi, elektronik baharu

Bahan-bahan menarik Perpustakaan Teknikal Percuma:

▪ bahagian Seni Audio tapak. Pemilihan artikel

▪ artikel oleh Joseph Addison. Kata-kata mutiara yang terkenal

▪ artikel Apakah yang diukur pada skala Richter? Jawapan terperinci

▪ pasal Hunting knot. Petua pelancong

▪ artikel Pengumpulan tenaga angin. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

▪ pasal Jarum diapit. Fokus Rahsia

Tinggalkan komen anda pada artikel ini:

Semua bahasa halaman ini

Laman utama | Perpustakaan | artikel | Peta Laman | Ulasan laman web