Acasă | Despre noi | feedback-ul
Purtătorii de încărcături din metale sunt electroni care sunt legați în mod liber de ionii rețelei cristaline de electroni fără metale. Pe baza acestei reprezentări a fost creată o teorie electronică clasică a conductivității electrice a metalelor (P. Drode, H. Lorentz) și, ulterior, teoria benzilor de conductivitate electrică (F. Bloch, L. Briulluen). Pentru a determina natura transportatorilor, au fost luate preliminar numeroase experimente. K. Rikke a clarificat rolul ionilor în procesul de conductivitate electrică. Pe parcursul anului, curentul electric a fost trecut prin trei cilindri conectați succesiv din diferite metale. Transferul substanței (modificarea masei cilindrilor, pătrunderea ionilor unui metal în altul) nu a fost detectat. Acest lucru a indicat faptul că ionii nu participă la transferul taxelor. Singurele particule care poartă încărcătura ar putea fi electronii descoperiți de D. Thomson. Pentru a testa această ipoteză, un număr de fizicieni au propus ideea experimentării cu utilizarea inerției transportatorilor. Metalul ar trebui să fie accelerat la o anumită viteză, apoi sa oprit brusc. În acest caz, purtătorii de încărcare prin inerție ar trebui să continue să se miște și un curent electric trecând în circuitul extern, coincisând cu viteza purtătorilor la sarcina lor pozitivă și îndreptat împotriva vitezei - la negativ. Experimentele bazate pe această idee au fost realizate de fizicienii ruși, SL Mandelstam și N.D. Papaleksi, fizicianul american R. Tolman și englezul B. Stewart. Rezultatele tuturor experimentelor au mărturisit semnul negativ al transportatorilor. În experimentele lui R. Thompson și B. Stewart, pe lângă direcția curentului, s-a măsurat încărcarea care trece în circuitul extern în timpul decelerării, ceea ce a făcut posibilă calcularea încărcării specifice a purtătorilor. Pentru toate metalele, rezultatele au fost practic la fel. Încărcarea specifică a purtătorului determinată în aceste experimente s-a dovedit a fi foarte apropiată de sarcina specifică a unui electron liber, care a fost determinat nu cu mult timp înainte de D. Thomson. Acest lucru a convins în sfârșit fizicienii că transportatorii de taxe din metale sunt electroni.
Classical conductibilitate teorie electron Me-taliu credea că formarea rețelei cristaline a valenței metalului este slab asociat cu Nucleii vayutsya descoperit electronii naturali din atomi și pot fi deplasate în volum a metalului. În rețeaua cristalină ionii metalici sunt aranjate noduri, iar electronii liberi muta haotic printre ele, formând un fel de gaz de electroni, care teorie susține Poho-press conform proprietăților monohidroxilici gazului ideal. Electronii se ciocnesc cu ioni, se formează echilibru termodinamic. Când un câmp electric extern este impus într-un metal, în plus față de mișcarea termică haotică a electronilor, apare mișcarea comandată a acestora, curentul electric. Electronii dispersați de câmp se ciocnesc cu ionii laturii cristaline. Datorită acestor coliziuni, apare o rezistență electrică a metalelor. Energia eliberată de electroni către ioni în timpul proceselor de coliziune este utilizată pentru încălzirea substanței. Clasa este teoria electronului clasică explică buna performanță a metalelor la legea lui Ohm și Joule, legătura dintre electron-conductivitatea și conductivitatea termică a metalelor, la nivelul-QUALITY Venn explică dependența de temperatură a rezistivității metalului Sopra. Cu toate acestea, în explicarea anumitor fenomene ale teoriei electronilor clasice se confruntă cu greu stimul: ea supraestimează electronul înseamnă cale liberă, proho-dimogo-le, fără coliziuni cu ionii ofera in mod semnificativ contributia gazelor de evaluare de electroni zavy-shennuyu la capacitatea termică a IU-taliu (cąldurii paradox).
Aceasta și o serie de alte circumstanțe au forțat fizicienii să renunțe la multe concepte clasice și să recurgă la idei mecanice cuantice. Pe această bază a fost creat primul model mecanic cuantic al conductivității electrice a solidelor, care a fost numit teoria benzii de conductivitate electrică. În cadrul acestei teorii, problema multor electroni de mișcare și interacțiune cu o latură se reduce la problema mișcării unui electron într-un câmp periodic extern - domeniul tuturor nucleelor și electronilor. Teoria benzii a rezolvat cu succes problema clasificării solidelor pentru dielectrici, conductori și metale. Am rezolvat multe probleme pe care teoria clasică nu le putea face față. În același timp, această teorie, ca și teoria electronică clasică, nu ia în considerare interacțiunea electronilor între ele, ceea ce, firește, nu permite teoriei să explice efectele bazate pe interacțiunea electronilor. În special, teoria benzii nu explică fenomenul de superconductivitate, în care transferul de sarcină nu este efectuat de către electronii singuri, ci de așa-numiți electroni Cooper cuplați.
În 1911, fizicianul olandez H. Kammerling-Onnes a descoperit că, la o temperatură TC = 4,1 K, mercurul trece într-o stare nouă în care nu are rezistență electrică (Fig.).
Kammerling-Onnes și-a descris rezultatele după cum urmează: "La 4,3 K, rezistența la mercur scade la 0,084 Ohm, ceea ce reprezintă 0,0021 din valoarea rezistenței pe care mercurul solid le-ar avea la 0 ° C. Se constată că la ZK rezistența scade sub 3 * 10 -6 Ohm, ceea ce reprezintă o valoare de 10 milioane din valoarea care ar fi fost la 0 ° C ». Îmbunătățind rezoluția sistemului de măsurare, Kammerling-Onnes nu a observat diferența de rezistență la mercur la aceste temperaturi de la zero. El a numit dispariția rezistenței unor metale prin supraconductivitate. Temperatura Tc. sub care există o tranziție spre starea superconductoare, este obișnuit să se numească critică. Mai târziu, sa constatat că rezistența la mercur este restabilită la T<Тс в сильном магнитном поле.
Particulele cuantice cu o rotație întreagă se comportă diferit - bosoni. Pentru ei, principiul interzicerii lui Pauli nu funcționează la temperaturi scăzute. Toate particulele Bose ale sistemului pot condensa la cel mai scăzut nivel. În cazul în care spectrul energetic al excitației unui astfel de sistem satisface anumite mustăți-loviyu, mișcarea bosoni cu excitații slabe (temperaturi joase, câmpuri electrice și magnetice slabe, etc.) este neatenuată (are loc fără Accom-rezistivitate).
Combinația de electroni în perechi, care au deja o întreagă rotire, ar putea conduce la apariția supraconductivității. Este posibil să se unească într-o pereche de electroni numai atunci când electronii interacționează cu ionii pozitivi ai rețelei. Dacă unul dintre electroni, care atrage ionii pozitivi ai rețelei, îl deformează, atunci cel de-al doilea electron, atras de aceeași regiune de deformare, se pare că se leagă cu primul. Drept urmare, între cei doi electroni, atracția apare prin așa-numitul schimb de fotoni-cvasiparticule, care descriu vibrațiile laturii cristaline. Teoria formării perechilor de electroni prin intermediul interacțiunii electron-foton a fost construită de Bardeen, Cooper și Schiffer (teoria BCS). Conform teoriei BCS, electronii care formează așa-numita pereche Cooper au rotiri opuse, momentele electronilor care alcătuiesc perechea sunt opuse.
Corectitudinea propozițiilor de bază ale teoriei BCS a fost confirmată în 1961 de cuantizarea fluxului magnetic în experimentele lui Dever-Feerbenk și Doll-Nebaur. Eșantioanele supraconductoarelor sub formă de cilindri tuburi subțiri cu pereți subțiri au fost răcite sub Tc într-un câmp magnetic omogen, orientat de-a lungul axei cilindrului. După oprirea câmpului, s-a măsurat fluxul magnetic captat de cilindrul supraconductor. S-a dovedit că fluxul prins este cuantizat, iar cuantumul fluxului este invers proporțional cu încărcarea 2e, adică Într-adevăr, starea superconductoare este legată de perechile de electroni Cooper.
Supraconductorii erau multe metale și aliajul lor. Cel mai mare Tc a fost găsit pentru compușii de niobiu Nb3Sn-18K, Nb3Ge-23K).
Deși descoperirea supraconductibilității la temperaturi ridicate a dus la o creștere bruscă a Tc temperatura critică, dar este încă prea scăzut, astfel că în liniile electrice superconductoare practica este-polzovat, nu au conductibilitate pierderile de căldură. Cu toate acestea, aplicațiile practice ale supraconductorilor, începute chiar și pentru cele obișnuite, cu descoperirea celor cu temperatură ridicată se extind. Astfel, supraconductorii sunt folosiți pe scară largă pentru a crea câmpuri magnetice puternice. Câmpurile magnetice create de electromagneți cu înfășurări de la supraconductorii de temperatură ridicată au făcut posibilă apropierea de implementarea unei reacții controlate a fuziunii termonucleare. Supraconductoarele cu temperatură ridicată sunt utilizate pentru a crea noi elemente de mare viteză ale tehnologiei informatice, dispozitive care detectează radiații electromagnetice etc.