Лекции по Электрическому приводу

Сверхпроводимость – свойство многих проводников, состоящее в том, что их электрическое сопротивление скачком падает до нуля* при охлаждении ниже определенной критической температуры Т_к, характерной для данного материала. Это явление обнаружено у более, чем 25 металлов, большого числа сплавов, полупроводников, полимеров.
Опыты установили, что сопротивление металлов в сверхпроводящем состоянии меньше, чем 10~²⁰ Ом-м. Кроме того, в состоянии сверхпроводимости выталкивается магнитное поле из сверхпроводника



(идеальный диэлектрик)

Рис. 5.1. Зависимость сопротивления от температуры для ртути

Ртуть при 4,1 5К переходит в сверхпроводящее состояние. Важное свойство: выше критического магнитного поля Н_к сверхпроводимость исчезает. С ростом температуры Н_к монотонно падает.

Применение: сверхпроводящий магнит, резонатор, сверхчувствительный W-метр [3].
Эффект Купера – объединение электронов в металле в пары, приводящее к появлению сверхпроводимости; предсказан в 1956 г. американским физиком Л. Купером. Без учета эффект Купера в основном состоянии металла (при температуре Т –> 0 К) электроны заполняют в пространстве импульсов объем, ограниченный Ферми поверхностью. Распределение по импульсам такого, что в металле имеются электроны с равными и противоположно направленными импульсами. Согласно Куперу, электроны, находящиеся вблизи поверхности Ферми и имеющие противоположно направленные импульсы и спины, могут объединяться в пары благодаря взаимодействию через решетку, которая возникает в результате обмена виртуальными фононами и имеет характер притяжения. Куперовские пары имеют целочисленный (нулевой) спин, поэтому система куперовских пар обладает сверхтекучестью.
Малая величина энергии связи электронов куперовской пары обусловливает существование низкотемпературной сверхпроводимости металлов, их соединений и сплавов (~ до 10К).

5.4. Электромагнитное поле

Электрическое и магнитные поля тесно связаны между собой. В природе существует электромагнитное поле – чисто электрические и чисто магнитные поля являются лишь его частными случаями. Изменяющиеся электрические и магнитные поля индуктируют друг друга.(под изменением поля надо понимать не только изменение его интенсивности, но и движение поля как целого).

Взаимное индуктирование электрического и магнитного полей происходит в пространстве с огромной скоростью (со скоростью света) и представляет собой распространение электромагнитных волн. Такими электромагнитными волнами являются радиоволны, свет – инфракрасный, видимый, ультрафиолетовый, а также рентгеновские и гамма-лучи. Поэтому многие эффекты, описанные в этом разделе, имеют аналоги и в оптике, и, наоборот, "оптические" эффекты широко применяются в радиотехнике, особенно в диапазоне СВЧ (например, эффект Фарадея).
Магнитное поле может быть создано постоянными магнитными, переменными электрическим полем и движущимися электрическими зарядами, в частности теми, которые движутся в проводнике, создавая электрический ток.
Основной характеристикой электрического поля является напряженность, определяемая через силу, действующую на заряд. Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции, также определяемый через силу, действующую на заряд в магнитном поле.


(5.1)

На неподвижные заряды магнитное поле вообще не действует. Движущийся заряд магнит не притягивает и не отталкивает, а действует на него в направлении, перпендикулярном к полю и к скорости заряда. Сила, действующая на заряд в этом случае, называется силой Лоренца.

(5.2)

При движении зарядов в магнитном поле не вдоль линии этого поля из-за силы Лоренца траектория их движения будет представлять собой спираль. Чем сильнее поле, тем меньше радиус этой спирали. Период обращения заряда не зависит от скорости движения, а только от отношения величины заряда к массе заряженной частицы.

В случае перпендикулярности силовых линий магнитного поля плоскости движения заряженной частицы она начинает двигаться по кругу, причем радиус этого круга зависит от напряженности магнитного поля.