جایی که از وابستگی مقاومت به دما استفاده می شود. قانون ژول-لنز در نظریه الکترونیکی کلاسیک. وابستگی مقاومت هادی به دما - هایپر مارکت دانش

مقاومت الکتریکی تقریباً همه مواد به دما بستگی دارد. ماهیت این وابستگی برای مواد مختلف متفاوت است.

در فلزاتی که ساختار کریستالی دارند، مسیر آزاد الکترون ها به عنوان حامل بار به دلیل برخورد آنها با یون های واقع در گره های شبکه بلوری محدود می شود. در هنگام برخورد، انرژی جنبشی الکترون ها به شبکه منتقل می شود. پس از هر برخورد، الکترون ها، تحت تأثیر نیروهای میدان الکتریکی، دوباره سرعت می گیرند و در طی برخوردهای بعدی، انرژی به دست آمده را به یون های شبکه بلوری می دهند و ارتعاشات آنها را افزایش می دهند که منجر به افزایش در دمای ماده بنابراین، الکترون ها را می توان واسطه ای در تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی در نظر گرفت. افزایش دما با افزایش حرکت حرارتی آشفته ذرات ماده همراه است که منجر به افزایش تعداد برخورد الکترون ها با آنها می شود و حرکت منظم الکترون ها را پیچیده می کند.

برای اکثر فلزات، در دمای عملیاتی، مقاومت به صورت خطی افزایش می یابد

جایی که و - مقاومت در دماهای اولیه و نهایی؛

- یک ضریب ثابت برای یک فلز معین که ضریب مقاومت دمایی (TCR) نامیده می شود.

T1 و T2 - دمای اولیه و نهایی.

برای هادی های نوع دوم، افزایش دما منجر به افزایش یونیزاسیون آنها می شود، بنابراین TCS این نوع هادی منفی است.

مقادیر مقاومت مواد و TCS آنها در کتاب های مرجع آورده شده است. به طور معمول، مقادیر مقاومت معمولاً در دمای +20 درجه سانتیگراد داده می شود.

مقاومت هادی توسط

R2 = R1
(2.1.2)

مثال وظیفه 3

اگر سطح مقطع سیم S = باشد مقاومت سیم مسی یک خط انتقال دو سیم را در دمای + 20 درجه سانتیگراد و + 40 درجه سانتیگراد تعیین کنید.

120 میلی متر و طول خط = 10 کیلومتر.

راه حل

با استفاده از جداول مرجع، مقاومت را پیدا می کنیم مس در + 20 درجه سانتیگراد و ضریب مقاومت دما :

= 0.0175 اهم میلی متر /m; = 0.004 درجه .

بیایید مقاومت سیم را در T1 = +20 درجه سانتیگراد با استفاده از فرمول R = تعیین کنیم با در نظر گرفتن طول سیم های جلو و برگشت خط:

R1 = 0.0175
2 = 2.917 اهم.

مقاومت سیم ها را در دمای +40 درجه سانتی گراد با استفاده از فرمول (2.1.2) پیدا می کنیم.

R2 = 2.917 = 3.15 اهم.

ورزش

یک خط سه سیم بالای سر به طول L از سیم ساخته شده است که نام تجاری آن در جدول 2.1 آورده شده است. لازم است مقدار نشان داده شده با علامت "؟" را با استفاده از مثال داده شده و انتخاب گزینه با داده های مشخص شده در آن از جدول 2.1 پیدا کنید.

لازم به ذکر است که مشکل، بر خلاف مثال، شامل محاسبات مربوط به سیم یک خط است. در مارک های سیم های لخت، حرف نشان دهنده مواد سیم (A - آلومینیوم؛ M - مس) و عدد نشان دهنده سطح مقطع سیم است.میلی متر .

جدول 2.1

	طول خط L، کیلومتر	مارک سیم	دمای سیم T, °C	مقاومت سیم RT در دمای T، Ohm

مطالعه مطالب موضوعی با کار با تست های شماره 2 (TOE-

ETM/PM" و شماره 3 (TOE - ETM/IM)

بر اساس تئوری الکترونیکی کلاسیک رسانایی فلز، قانون ژول-لنز قابل توضیح است.

حرکت منظم الکترون ها تحت تأثیر نیروهای میدانی اتفاق می افتد. همانطور که در بالا گفته شد، فرض می کنیم که در لحظه برخورد با یون های مثبت شبکه کریستالی، الکترون ها انرژی جنبشی خود را به طور کامل به آن منتقل می کنند. در انتهای مسیر آزاد، سرعت الکترون و انرژی جنبشی است

(14.9)

توان آزاد شده در واحد حجم فلز (چگالی توان) برابر است با انرژی یک الکترون ضرب در تعداد برخورد در ثانیه و در مورد غلظت الکترونها:

(14.10)

با در نظر گرفتن (14.7) داریم

- قانون ژول-لنز به شکل دیفرانسیل.

اگر به انرژی آزاد شده توسط رسانایی با طول ℓ، سطح مقطع S در یک دوره زمانی dt علاقه مندیم، آنگاه عبارت (14.10) باید در حجم هادی V=St و زمان dt ضرب شود:

با توجه به اینکه
(که در آن R مقاومت رسانا است)، قانون ژول-لنز را به شکل بدست می آوریم

§ 14.3 وابستگی مقاومت فلز به دما. ابررسانایی قانون ویدمن-فرانتس

مقاومت ویژه نه تنها به نوع ماده، بلکه به وضعیت آن، به ویژه به دما بستگی دارد. وابستگی مقاومت به دما را می توان با تعیین ضریب دمایی مقاومت یک ماده مشخص مشخص کرد:

(14.11)

با افزایش یک درجه دما، مقاومت نسبی را افزایش می دهد.

شکل 14.3

ضریب دمایی مقاومت برای یک ماده معین در دماهای مختلف متفاوت است. این نشان می دهد که مقاومت به طور خطی با دما تغییر نمی کند، بلکه به روش پیچیده تری به آن بستگی دارد.

ρ=ρ 0 (1+αt) (14.12)

که ρ 0 مقاومت در 0ºС است، ρ مقدار آن در دمای tºС است.

ضریب مقاومت دمایی می تواند مثبت یا منفی باشد. برای همه فلزات، مقاومت با افزایش دما افزایش می یابد و بنابراین برای فلزات

α > 0. برای همه الکترولیت ها، بر خلاف فلزات، مقاومت همیشه هنگام گرم شدن کاهش می یابد. مقاومت گرافیت نیز با افزایش دما کاهش می یابد. برای چنین مواد α<0.

بر اساس تئوری الکترونیکی هدایت الکتریکی فلزات، می توان وابستگی مقاومت هادی به دما را توضیح داد. با افزایش دما، مقاومت آن افزایش می یابد و هدایت الکتریکی آن کاهش می یابد. با تجزیه و تحلیل بیان (14.7)، می بینیم که هدایت الکتریکی با غلظت الکترون های رسانا و میانگین مسیر آزاد متناسب است. <ℓ> ، یعنی بیشتر <ℓ> ، برخوردهای تداخل کمتری برای حرکت منظم الکترون ها ایجاد می کند. هدایت الکتریکی با میانگین سرعت حرارتی نسبت معکوس دارد < υ τ > . سرعت حرارتی متناسب با افزایش دما افزایش می یابد
، که منجر به کاهش رسانایی الکتریکی و افزایش مقاومت رساناها می شود. با تجزیه و تحلیل فرمول (14.7)، می توان وابستگی γ و ρ را به نوع هادی نیز توضیح داد.

در دماهای بسیار پایین در حد 1-8 درجه کلوین، مقاومت برخی از مواد به شدت میلیاردها بار کاهش می یابد و عملاً صفر می شود.

این پدیده که اولین بار توسط فیزیکدان هلندی G. Kamerlingh-Onnes در سال 1911 کشف شد، نام دارد. ابررسانایی . در حال حاضر ابررسانایی در تعدادی از عناصر خالص (سرب، قلع، روی، جیوه، آلومینیوم و غیره) و همچنین در تعداد زیادی از آلیاژهای این عناصر با یکدیگر و با عناصر دیگر ایجاد شده است. در شکل شکل 14.3 به طور شماتیک وابستگی مقاومت ابررساناها به دما را نشان می دهد.

نظریه ابررسانایی در سال 1958 توسط N.N. بوگولیوبوف بر اساس این نظریه، ابررسانایی حرکت الکترون ها در یک شبکه بلوری بدون برخورد با یکدیگر و با اتم های شبکه است. همه الکترون‌های رسانا به‌عنوان یک جریان از یک سیال ایده‌آل غیر لزج حرکت می‌کنند، بدون اینکه با یکدیگر یا با شبکه برهم‌کنش داشته باشند، یعنی. بدون تجربه اصطکاک بنابراین مقاومت ابررساناها صفر است. یک میدان مغناطیسی قوی که به یک ابررسانا نفوذ می کند، الکترون ها را منحرف می کند و با ایجاد اختلال در "جریان آرام" جریان الکترون، باعث برخورد الکترون ها با شبکه می شود. مقاومت بوجود می آید

در حالت ابررسانا، کوانتوم های انرژی بین الکترون ها رد و بدل می شود که منجر به ایجاد نیروهای جاذبه ای بین الکترون ها می شود که بیشتر از نیروهای دافعه کولن است. در این حالت جفت الکترون (جفت کوپر) با گشتاورهای مغناطیسی و مکانیکی جبران شده متقابل تشکیل می شود. چنین جفت الکترون هایی در شبکه کریستالی بدون مقاومت حرکت می کنند.

یکی از مهمترین کاربردهای عملی ابررسانایی، استفاده از آن در آهنرباهای الکتریکی با سیم پیچی ابررسانا است. اگر میدان مغناطیسی بحرانی که ابررسانایی را از بین می برد وجود نداشت، با کمک چنین آهنرباهایی می توان میدان های مغناطیسی ده ها و صدها میلیون آمپر بر سانتی متر به دست آورد. به دست آوردن چنین میدان‌های ثابت بزرگی با استفاده از آهن‌ربای‌های الکتریکی معمولی غیرممکن است، زیرا این امر به قدرت‌های عظیمی نیاز دارد، و حذف گرمای تولید شده در هنگام جذب سیم‌پیچ چنین توان بزرگی عملاً غیرممکن خواهد بود. در یک آهنربای الکتریکی ابررسانا، مصرف برق منبع جریان ناچیز است و مصرف انرژی برای خنک کردن سیم پیچ تا دمای هلیوم (4.2 درجه کلوین) چهار مرتبه قدر کمتر از یک آهنربای الکتریکی معمولی است که میدان‌های مشابه را ایجاد می‌کند. ابررسانایی همچنین برای ایجاد سیستم های حافظه برای ماشین های الکترونیکی ریاضی (عناصر حافظه کریوترونیک) استفاده می شود.

در سال 1853، ویدمان و فرانتس به طور آزمایشی آن را ثابت کردند که نسبت رسانایی گرمایی λ به رسانایی الکتریکی γ برای همه فلزات در یک دما یکسان و متناسب با دمای ترمودینامیکی آنها است.

این نشان می دهد که هدایت حرارتی در فلزات، مانند هدایت الکتریکی، به دلیل حرکت الکترون های آزاد است. فرض می‌کنیم که الکترون‌ها شبیه یک گاز تک اتمی هستند که ضریب هدایت حرارتی آن طبق نظریه جنبشی گازها برابر است با

(14.13)

(n غلظت اتم ها، m جرم اتم است،<ℓ>-میانگین مسیر آزاد یک الکترون، c V -گرمای ویژه).

برای گاز تک اتمی

(k ثابت بولتزمن است، M جرم مولی است).

(14.14)

از معادلات (14.7) و (14.14) نسبت رسانایی گرمایی و رسانایی الکتریکی فلز را بدست می آوریم:

(14.15)

از نظریه جنبشی گازها مشخص است که
، سپس

(14.16)

(k و e مقادیر ثابت هستند).

بنابراین، نسبت رسانایی حرارتی و هدایت الکتریکی فلز با دمای ترمودینامیکی که توسط قانون ویدمان-فرانتس تعیین شده است، متناسب است. از آنجایی که k = 1.38∙10 -23 J/K; e = 1.6∙10 -19 C، سپس

(14.17)

قانون Wiedemann-Franz برای اکثر فلزات در دمای 100-400 K برآورده می شود، اما در دماهای پایین این قانون به طور قابل توجهی نقض می شود. فلزاتی (بریلیوم، منگنز) وجود دارند که به هیچ وجه از قانون ویدمان-فرانتس تبعیت نمی کنند. راهی برای برون رفت از تضادهای غیرقابل حل در نظریه الکترونیکی کوانتومی فلزات یافت شد.

مقاومت فلزات به این دلیل است که الکترون‌هایی که در یک رسانا حرکت می‌کنند با یون‌های شبکه کریستالی برهمکنش می‌کنند و در نتیجه بخشی از انرژی را که در میدان الکتریکی به دست می‌آورند از دست می‌دهند.

تجربه نشان می دهد که مقاومت فلزات به دما بستگی دارد. هر ماده را می توان با یک مقدار ثابت برای آن مشخص کرد که نامیده می شود ضریب دمایی مقاومت α. این ضریب برابر است با تغییر نسبی مقاومت هادی هنگامی که 1 K گرم شود: α =

که ρ 0 مقاومت در دمای T 0 = 273 K (0 درجه سانتیگراد) است، ρ مقاومت در دمای معین T است. بنابراین، وابستگی مقاومت یک هادی فلزی به دما با یک تابع خطی بیان می شود: ρ. = ρ 0 (1+ αT).

وابستگی مقاومت به دما با همان تابع بیان می شود:

R = R 0 (1+ αT).

ضرایب دمایی مقاومت فلزات خالص نسبتاً کمی با یکدیگر متفاوت است و تقریباً برابر با 0.004 K-1 است. تغییر در مقاومت هادی ها با تغییر دما منجر به این واقعیت می شود که مشخصه جریان-ولتاژ آنها خطی نیست. این به ویژه در مواردی که دمای هادی ها به طور قابل توجهی تغییر می کند، به عنوان مثال هنگام کار با لامپ رشته ای قابل توجه است. شکل مشخصه ولت آمپر آن را نشان می دهد. همانطور که از شکل مشخص است، قدرت جریان در این حالت با ولتاژ نسبت مستقیم ندارد. با این حال، نباید فکر کرد که این نتیجه گیری با قانون اهم در تضاد است. وابستگی فرموله شده در قانون اهم فقط معتبر است با مقاومت ثابتوابستگی مقاومت هادی های فلزی به دما در دستگاه های مختلف اندازه گیری و اتوماتیک استفاده می شود. مهمترین آنها این است دماسنج مقاومتی. قسمت اصلی دماسنج مقاومتی یک سیم پلاتینی است که روی یک قاب سرامیکی پیچیده شده است. سیم در محیطی قرار می گیرد که دمای آن باید تعیین شود. با اندازه گیری مقاومت این سیم و دانستن مقاومت آن در t 0 = 0 درجه سانتی گراد (یعنی. R 0)با استفاده از آخرین فرمول دمای محیط را محاسبه کنید.

ابررساناییبا این حال، تا پایان قرن نوزدهم. بررسی اینکه چگونه مقاومت رساناها به دما در منطقه با دمای بسیار پایین بستگی دارد غیرممکن بود. فقط در آغاز قرن بیستم. دانشمند هلندی G. Kamerlingh Onnes موفق شد سخت‌ترین گاز را - هلیوم - به حالت مایع تبدیل کند. نقطه جوش هلیوم مایع 4.2 کلوین است. این امر امکان اندازه گیری مقاومت برخی از فلزات خالص را هنگامی که تا دمای بسیار پایین سرد می شوند، ممکن می سازد.

در سال 1911، کار کامرلینگ اونس با یک کشف بزرگ به اوج خود رسید. او با مطالعه مقاومت جیوه در حالی که به طور مداوم سرد می شد، دریافت که در دمای 4.12 کلوین، مقاومت جیوه به طور ناگهانی به صفر کاهش یافت. متعاقباً، او توانست همین پدیده را در تعدادی از فلزات دیگر هنگامی که تا دمای نزدیک به صفر مطلق سرد می‌شوند، مشاهده کند. پدیده از دست دادن کامل مقاومت الکتریکی توسط یک فلز در دمای معین را ابررسانایی می گویند.

همه مواد نمی توانند به ابررسانا تبدیل شوند، اما تعداد آنها بسیار زیاد است. با این حال، مشخص شد که بسیاری از آنها دارای ویژگی هایی هستند که به طور قابل توجهی استفاده از آنها را با مشکل مواجه می کند. معلوم شد که برای اکثر فلزات خالص، ابررسانایی زمانی که در یک میدان مغناطیسی قوی قرار می گیرند، از بین می رود. بنابراین، هنگامی که جریان قابل توجهی از یک ابررسانا عبور می کند، میدان مغناطیسی در اطراف خود ایجاد می کند و ابررسانایی در آن ناپدید می شود. با این وجود، این مانع قابل غلبه بود: مشخص شد که برخی از آلیاژها، به عنوان مثال، نیوبیم و زیرکونیوم، نیوبیم و تیتانیوم و غیره، دارای خاصیت حفظ ابررسانایی خود در مقادیر جریان بالا هستند. این امکان استفاده گسترده تر از ابررسانایی را فراهم کرد.

« فیزیک - پایه دهم"

به چه کمیت فیزیکی مقاومت می گویند؟
مقاومت یک هادی فلزی به چه چیزی و چگونه بستگی دارد؟

مواد مختلف مقاومت های متفاوتی دارند. آیا مقاومت به وضعیت هادی بستگی دارد؟ در دمای آن؟ تجربه باید جواب بدهد.

اگر جریان باتری را از یک مارپیچ فولادی عبور دهید و سپس شروع به گرم کردن آن در شعله مشعل کنید، آمپرمتر کاهش قدرت جریان را نشان می دهد. این بدان معنی است که با تغییر دما، مقاومت هادی تغییر می کند.

اگر در دمای 0 درجه سانتیگراد، مقاومت هادی برابر با R 0 و در دمای t برابر با R باشد، تغییر نسبی مقاومت، همانطور که تجربه نشان می دهد، با تغییر دما نسبت مستقیم دارد. t:

ضریب تناسب α را ضریب دمایی مقاومت می نامند.

ضریب مقاومت دمایی- مقداری برابر با نسبت تغییر نسبی مقاومت هادی به تغییر دمای آن.

وابستگی مقاومت یک ماده به دما را مشخص می کند.

ضریب دمایی مقاومت از نظر عددی برابر است با تغییر نسبی مقاومت رسانا هنگامی که 1 K (در 1 درجه سانتیگراد) گرم می شود.

برای همه هادی های فلزی، ضریب α > ​​0 و کمی با دما تغییر می کند. اگر دامنه تغییرات دما کم باشد، می توان ضریب دما را ثابت و برابر با مقدار متوسط ​​آن در این محدوده دما در نظر گرفت. برای فلزات خالص

برای محلول های الکترولیت، مقاومت با افزایش دما افزایش نمی یابد، بلکه کاهش می یابد. برای آنها α< 0. Например, для 10%-ного раствора поваренной соли α = -0,02 К -1 .

هنگامی که هادی گرم می شود، ابعاد هندسی آن کمی تغییر می کند. مقاومت هادی عمدتاً به دلیل تغییر در مقاومت آن تغییر می کند. اگر مقادیر فرمول (16.1) را جایگزین کنید، می توانید وابستگی این مقاومت را به دما پیدا کنید. محاسبات به نتیجه زیر منجر می شود:

ρ = ρ 0 (1 + αt)، یا ρ = ρ 0 (1 + αΔΤ)، (16.2)

که در آن ΔT تغییر در دمای مطلق است.

از آنجایی که با تغییرات دمای هادی مقدار کمی تغییر می کند، می توانیم فرض کنیم که مقاومت هادی به طور خطی به دما بستگی دارد (شکل 16.2).

افزایش مقاومت را می توان با این واقعیت توضیح داد که با افزایش دما، دامنه ارتعاشات یون ها در گره های شبکه کریستالی افزایش می یابد، بنابراین الکترون های آزاد بیشتر با آنها برخورد می کنند و در نتیجه جهت حرکت را از دست می دهند. اگرچه ضریب a بسیار کوچک است، اما در نظر گرفتن وابستگی مقاومت به دما هنگام محاسبه پارامترهای دستگاه های گرمایش کاملاً ضروری است. بنابراین، مقاومت رشته تنگستن یک لامپ رشته ای بیش از 10 برابر با عبور جریان از آن به دلیل گرما افزایش می یابد.

برای برخی از آلیاژها، به عنوان مثال، آلیاژ مس و نیکل (کنستانتین)، ضریب دمایی مقاومت بسیار کوچک است: α ≈ 10-5 K-1. مقاومت کنستانتین بالا است: ρ ≈ 10 -6 اهم متر از این قبیل آلیاژها برای ساخت مقاومت های استاندارد و مقاومت های اضافی برای ابزار اندازه گیری استفاده می شود، یعنی در مواردی که لازم است مقاومت با نوسانات دما تغییر قابل توجهی نداشته باشد.

همچنین فلزاتی مانند نیکل، قلع، پلاتین و غیره وجود دارد که ضریب دمایی آنها به طور قابل توجهی بالاتر است: α ≈ 10-3 K-1. از وابستگی مقاومت آنها به دما می توان برای اندازه گیری خود دما استفاده کرد که در انجام می شود دماسنج های مقاومتی.

دستگاه های ساخته شده از مواد نیمه هادی نیز بر اساس وابستگی مقاومت به دما هستند - ترمیستورها. آنها با ضریب مقاومت دمایی زیاد (دهها برابر بیشتر از فلزات) و پایداری ویژگی ها در طول زمان مشخص می شوند. درجه بندی ترمیستور به طور قابل توجهی بالاتر از دماسنج های مقاومت فلزی است، معمولاً 1، 2، 5، 10، 15 و 30 کیلو اهم.

معمولاً سیم پلاتین به عنوان عنصر اصلی کار دماسنج مقاومتی در نظر گرفته می شود که وابستگی مقاومت آن به دما کاملاً مشخص است. تغییرات دما از تغییر مقاومت سیم استنباط می شود که می توان آن را اندازه گیری کرد.

ابررسانایی

مقاومت فلزات با کاهش دما کاهش می یابد. وقتی دما به صفر مطلق نزدیک شود چه اتفاقی می افتد؟

در سال 1911، فیزیکدان هلندی H. Kamerlingh-Onnes یک پدیده قابل توجه را کشف کرد - ابررسانایی. او کشف کرد که وقتی جیوه در هلیوم مایع سرد می شود، مقاومت آن ابتدا به تدریج تغییر می کند و سپس در دمای 4.1 کلوین به شدت به صفر می رسد (شکل 16.3).

پدیده افت مقاومت رسانا به صفر در دمای بحرانی نامیده می شود ابررسانایی.

اکتشاف کامرلینگ اونس که به خاطر آن جایزه نوبل را در سال 1913 دریافت کرد، منجر به مطالعاتی در مورد خواص مواد در دماهای پایین شد. بعدها، بسیاری از ابررساناهای دیگر کشف شدند.

ابررسانایی بسیاری از فلزات و آلیاژها در دماهای بسیار پایین مشاهده می شود - که از حدود 25 K شروع می شود. جداول مرجع دمای انتقال به حالت ابررسانایی برخی از مواد را نشان می دهد.

دمایی که در آن یک ماده به حالت ابررسانا می رود نامیده می شود دمای بحرانی.

دمای بحرانی نه تنها به ترکیب شیمیایی ماده، بلکه به ساختار خود کریستال نیز بستگی دارد. به عنوان مثال، قلع خاکستری دارای ساختار الماس با شبکه کریستالی مکعبی است و نیمه هادی است و قلع سفید دارای سلول واحد چهارضلعی است و فلزی نرم و انعطاف پذیر به رنگ سفید مایل به نقره ای است که می تواند در دمای 200 درجه به حالت ابررسانا تبدیل شود. 3.72 K.

برای مواد در حالت ابررسانا، ناهنجاری های شدید در خواص مغناطیسی، حرارتی و تعدادی از خواص دیگر ذکر شد، بنابراین صحیح تر است که در مورد حالت ابررسانا صحبت نکنیم، بلکه در مورد وضعیت خاصی از ماده مشاهده شده در دماهای پایین صحبت کنیم.

اگر در یک هادی حلقه ای که در حالت ابررسانا قرار دارد جریانی ایجاد شود و سپس منبع جریان حذف شود، در این صورت قدرت این جریان برای هیچ مدت زمانی تغییر نمی کند. در یک هادی معمولی (غیر رسانا)، جریان الکتریکی در این حالت متوقف می شود.

ابررساناها به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. بنابراین، آهنرباهای الکترومغناطیسی قدرتمند با سیم پیچ ابررسانا ساخته می شوند که در مدت زمان طولانی بدون مصرف انرژی، میدان مغناطیسی ایجاد می کنند. گذشته از همه اینها در سیم پیچ ابررسانا تولید گرما وجود ندارد.

با این حال، به دست آوردن یک میدان مغناطیسی خودسرانه قوی با استفاده از آهنربای ابررسانا غیرممکن است. یک میدان مغناطیسی بسیار قوی حالت ابررسانا را از بین می برد. چنین میدانی می تواند توسط یک جریان در خود ابررسانا ایجاد شود، بنابراین، برای هر رسانا در حالت ابررسانا، یک مقدار جریان بحرانی وجود دارد که بدون نقض حالت ابررسانا نمی توان از آن فراتر رفت.

آهنرباهای ابررسانا در شتاب دهنده های ذرات و ژنراتورهای مغناطیسی هیدرودینامیکی استفاده می شوند که انرژی مکانیکی یک جت گاز یونیزه داغ در حال حرکت در میدان مغناطیسی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.

توضیح ابررسانایی تنها بر اساس نظریه کوانتومی امکان پذیر است. این تنها در سال 1957 توسط دانشمندان آمریکایی J. Bardin، L. Cooper، J. Schrieffer و دانشمند شوروی، آکادمیک N. N. Bogolyubov ارائه شد.

در سال 1986 ابررسانایی با دمای بالا کشف شد. ترکیبات اکسیدی پیچیده لانتانیم، باریم و سایر عناصر (سرامیک) با دمای انتقال به حالت ابررسانایی حدود 100 کلوین به دست آمده اند که از نقطه جوش نیتروژن مایع در فشار اتمسفر (77 کلوین) بیشتر است.

ابررسانایی با دمای بالا در آینده ای نزدیک قطعا به یک انقلاب فنی جدید در تمام مهندسی برق، مهندسی رادیو و طراحی کامپیوتر منجر خواهد شد. در حال حاضر، پیشرفت در این زمینه به دلیل نیاز به خنک کردن هادی ها تا نقطه جوش گاز گران قیمت هلیوم با مشکل مواجه شده است.

مکانیسم فیزیکی ابررسانایی بسیار پیچیده است. خیلی ساده می توان آن را به صورت زیر توضیح داد: الکترون ها در یک خط منظم متحد می شوند و بدون برخورد با شبکه بلوری متشکل از یون ها حرکت می کنند. این حرکت به طور قابل توجهی با حرکت حرارتی معمولی که در آن یک الکترون آزاد به طور آشفته حرکت می کند متفاوت است.

امید است که بتوان ابررساناها را در دمای اتاق ایجاد کرد. ژنراتورها و موتورهای الکتریکی بسیار فشرده (چند برابر کوچکتر) و اقتصادی خواهند شد. الکتریسیته را می توان در هر فاصله ای بدون تلفات منتقل کرد و در دستگاه های ساده انباشته شد.

مقاومت ویژه و در نتیجه مقاومت فلزات به دما بستگی دارد که با دما افزایش می یابد. وابستگی مقاومت رسانا به دما با این واقعیت توضیح داده می شود که

1. شدت پراکندگی (تعداد برخورد) حامل های بار با افزایش دما افزایش می یابد.

2. غلظت آنها با گرم شدن هادی تغییر می کند.

تجربه نشان می دهد که در دماهای نه خیلی زیاد و نه خیلی کم، وابستگی مقاومت و مقاومت رسانا به دما با فرمول های زیر بیان می شود:

جایی که ρ 0 , ρ t - مقاومت ماده رسانا به ترتیب در 0 درجه سانتیگراد و تیدرجه سانتیگراد آر 0 , آر t - مقاومت هادی در دمای 0 درجه سانتیگراد و تی°С α - ضریب مقاومت دما: بر حسب SI بر حسب کلوین منهای توان اول (K -1) اندازه گیری می شود. برای هادی های فلزی، این فرمول ها از دمای 140 کلوین و بالاتر قابل اجرا هستند.

ضریب دمایمقاومت یک ماده نشان دهنده وابستگی تغییر مقاومت در هنگام گرم شدن به نوع ماده است. از نظر عددی برابر است با تغییر نسبی مقاومت (مقاومت) هادی هنگام گرم شدن 1 K.

hαi=1⋅ΔρρΔT،

که در آن hαi مقدار متوسط ​​ضریب دمایی مقاومت در بازه Δ است Τ .

برای همه هادی های فلزی α > 0 و کمی با دما تغییر می کند. برای فلزات خالص α = 1/273 K -1. در فلزات، غلظت حامل های بار آزاد (الکترون ها) n= ثابت و افزایش ρ به دلیل افزایش شدت پراکندگی الکترون های آزاد روی یون های شبکه کریستالی رخ می دهد.

برای محلول های الکترولیت α < 0, например, для 10%-ного раствора поваренной соли α = -0.02 K -1. مقاومت الکترولیت ها با افزایش دما کاهش می یابد، زیرا افزایش تعداد یون های آزاد به دلیل تفکیک مولکول ها از افزایش پراکندگی یون ها در هنگام برخورد با مولکول های حلال بیشتر است.

فرمول های وابستگی ρ و آردر دمای الکترولیت ها مشابه فرمول های بالا برای هادی های فلزی است. لازم به ذکر است که این وابستگی خطی فقط در یک محدوده دمایی کوچک حفظ می شود که در آن α = ثابت در محدوده دمایی زیاد، وابستگی مقاومت الکترولیت به دما غیرخطی می شود.

از نظر گرافیکی، وابستگی مقاومت هادی های فلزی و الکترولیت ها به دما در شکل های 1، a، b نشان داده شده است.

در دماهای بسیار پایین، نزدیک به صفر مطلق (273- درجه سانتیگراد)، مقاومت بسیاری از فلزات به طور ناگهانی به صفر می رسد. این پدیده نامیده می شود ابررسانایی. این فلز به حالت ابررسانا می رود.

وابستگی مقاومت فلز به دما در دماسنج های مقاومتی استفاده می شود. معمولاً از سیم پلاتین به عنوان بدنه ترمومتری چنین دماسنجی استفاده می شود که وابستگی مقاومت آن به دما به اندازه کافی بررسی شده است.

تغییرات دما با تغییر در مقاومت سیم قضاوت می شود که می تواند اندازه گیری شود. چنین دماسنج هایی به شما این امکان را می دهند که دماهای بسیار پایین و بسیار بالا را زمانی که دماسنج های مایع معمولی نامناسب هستند اندازه گیری کنید.

پدیده ابررسانایی

ابررسانایی- پدیده ای که جمع. شیمی عناصر، ترکیبات، آلیاژها (که ابررسانا نامیده می شوند) هنگامی که در زیر تعریف سرد می شوند. (مشخصه برای این ماده) درجه حرارت تی اسیک انتقال از نرمال به اصطلاح وجود دارد. حالت ابررسانا، که در آن الکتریکی آنها مقاومت DC جریان به طور کامل وجود ندارد. در طول این انتقال، ساختاری و نوری (در ناحیه نور مرئی) خواص ابررساناها عملاً بدون تغییر باقی می مانند. برقی و ماگ. خواص یک ماده در حالت ابررسانا (فاز) به شدت با همان خواص در حالت عادی (که معمولاً فلز هستند) یا با خواص مواد دیگر که در همان دما تبدیل به حالت ابررسانا

پدیده جیوه توسط G. Kamerlingh-Onnes (N. Kamerlingh-Onnes، 1911) در حین مطالعه تغییرات دمای پایین مقاومت جیوه کشف شد. او کشف کرد که وقتی سیم جیوه ای زیر 4 K خنک شود، مقاومت آن به طور ناگهانی صفر می شود. حالت عادی را می توان با عبور جریان به اندازه کافی قوی از نمونه بازیابی کرد [بیش از حد جریان بحرانی I C (T)]یا با قرار دادن آن در یک محیط خارجی به اندازه کافی قوی. ماگ میدان [بیش از حد میدان مغناطیسی بحرانی H C (T)].

در سال 1933، F. W. Meissner و R. Ochsenfeld یکی دیگر از ویژگی های مهم ابررساناها را کشف کردند. اثر مایسنر:) داخلی ماگ میدان کمتر از بحرانی خاص مقدار (بسته به نوع ماده) به اعماق ابررسانا نفوذ نمی کند که شکل یک استوانه جامد بی نهایت دارد که محور آن در امتداد میدان هدایت می شود و فقط در یک لایه سطحی نازک با صفر تفاوت دارد. این کشف به F. و G. London (F. London, H. London, 1935) اجازه داد تا پدیدارشناسی را فرموله کنند. نظریه ای که مغناطیس استاتیک ابررساناها را توصیف می کند. معادله لندنبا این حال، ماهیت S. نامشخص باقی ماند.

کشف ابرسیالیت در سال 1938 و توضیح این پدیده توسط L. D. Landau بر اساس معیاری که توسط او (به نظریه ابرسیالیت لاندو مراجعه کنید) برای سیستم‌های ذرات بوز، دلیلی برای این فرض ایجاد کرد که S. را می‌توان به عنوان ابر سیال بودن تفسیر کرد. با این حال، ماهیت فرمی الکترون ها و دافعه کولن بین آنها امکان انتقال نظریه ابرسیالیت را به S. در سال 1950، V.L مرتبه دوم (به نظریه لاندو مراجعه کنید)، یک نظریه پدیدارشناختی را تدوین کرد. معادلات توصیف کننده ترمودینامیک و el-magn. خواص ابررساناهای نزدیک به بحرانی دما تی اس. ساخت میکروسکوپ نظریه (نگاه کنید به زیر) نظریه گینزبورگ-لانداو را اثبات کرد و آنهایی را که در پدیدارشناسی گنجانده شده بودند، روشن کرد. سطوح ثابت هستند کشف وابستگی بسیار مهم است. دما تی اسانتقال به حالت ابررسانایی یک فلز از ترکیب ایزوتوپی آن (اثر ایزوتوپی، 1950) نشان دهنده تأثیر کریستالی است. شبکه روی C. این به H. Frohlich و J. Bardeen اجازه داد تا امکان وقوع بین الکترون ها را در حضور ذرات کریستالی نشان دهند. شبکه های جاذبه خاص، که می تواند بر دافعه کولن آنها غالب شود، و متعاقباً L. Cooper (L. Cooper, 1956) - امکان تشکیل حالت های محدود توسط الکترون ها - جفت های کوپر (اثر کوپر).

در سال 1957، J. Bardeen، L. Cooper و J. Schrieffer میکروسکوپ را فرموله کردند. نظریه S. این پدیده را بر اساس تراکم بوز از جفت الکترون های کوپر توضیح داد و همچنین توصیف بسیاری را در چارچوب یک مدل ساده امکان پذیر کرد (به مدل باردین-کوپر-شریفر، مدل BCS مراجعه کنید). خواص ابررساناها

کاربردی استفاده از ابررساناها به مقادیر بحرانی پایین محدود شد. زمینه ها (~1 kOe) و دما (~20 K). در سال 1952، A. A. Abrikosov و N. N. Zavaritsky بر اساس تجزیه و تحلیل آزمایشات. داده های حیاتی ماگ میدان‌های لایه‌های نازک ابررسانا به احتمال وجود کلاس جدیدی از ابررساناها اشاره می‌کنند (L.V. Shubnikov در سال 1937 با خواص مغناطیسی غیرعادی آنها مواجه شد؛ یکی از مهمترین تفاوت‌ها با ابررساناهای معمولی امکان جریان ابررسانا با جابجایی ناقص است. میدان مغناطیسی از حجم ابررسانا به طیف گسترده ای از میدان های مغناطیسی). این کشف متعاقباً تقسیم ابررساناها را به ابررساناهای نوع 1 و ابررساناهای نوع 2 تعیین کرد. فیلدها (از مرتبه صدها kOe).

جستجو برای ابررساناهایی با بحرانی بالا. Temp-rami تحقیق در مورد انواع جدیدی از مواد را تحریک کرد. بسیاری مورد مطالعه قرار گرفته است. کلاس‌هایی از سیستم‌های ابررسانا، ابررساناهای آلی و ابررساناهای مغناطیسی سنتز شدند، اما تا سال 1986 حداکثر. بحرانی temp-pa برای آلیاژ Nb 3 Ge مشاهده شد ( تی اس 23 K). در سال 1986، J. G. Bednorz و K. A. Muller کلاس جدیدی از ابررساناهای با دمای بالا اکسید فلز (HTSC) را کشف کردند (به ابررساناهای درجه حرارت بالا اکسید مراجعه کنید). دمای آن طی دو سال آینده از 30 تا 35 کلوین به 120 تا 125 کلوین افزایش یافت. ویژگی های موجود، که بر اساس آنها دستگاه های خاصی در حال حاضر ایجاد شده اند.

یک دستاورد مهم در زمینه S. کشف در سال 1962 بود اثر جوزفسونتونل زدن کوپر بین دو ابررسانا از طریق یک دی الکتریک نازک جفت می شود. بین لایه ای این پدیده اساس حوزه جدیدی از کاربرد ابررساناها را تشکیل داد (شکل 2 را ببینید). ابررسانایی ضعیف، دستگاه های کرایوالکترونیک).

طبیعت ابررسانایی. پدیده الکترون ها به دلیل پیدایش همبستگی بین الکترون ها ایجاد می شود که در نتیجه آن ها جفت های کوپر را تشکیل می دهند که از آمار بوز تبعیت می کنند و مایع الکترون خاصیت ابرسیالیت را به دست می آورد. در مدل فونونی الکترون ها، جفت شدن الکترون ها در نتیجه یک پدیده خاص مرتبط با حضور ذرات کریستالی رخ می دهد. شبکه های جذبی فونون. حتی با عضلات شکم. در دمای صفر توری نوسان می کند (نگاه کنید به. نوسانات صفر، دینامیک شبکه کریستالی). ال استاتیک. برهمکنش یک الکترون با یون های شبکه ماهیت این ارتعاشات را تغییر می دهد که منجر به ظهور مکمل ها می شود. نیروی جاذبه ای که بر الکترون های دیگر اثر می گذارد. این جاذبه را می توان به عنوان تبادل فونون های مجازی بین الکترون ها در نظر گرفت. این جاذبه الکترون ها را در یک لایه باریک نزدیک به مرز متصل می کند سطوح فرمی. ضخامت این لایه در انرژی. مقیاس با حداکثر تعیین می شود. انرژی فونون ، جایی که w D- فرکانس Debye، در مقابل- سرعت صوت، o - ثابت شبکه (به دمای Debye مراجعه کنید ; ) در فضای تکانه این مربوط به یک لایه ضخیم است ، جایی که v Fسرعت الکترون ها در نزدیکی سطح فرمی است. رابطه عدم قطعیت مقیاس مشخصه ناحیه برهمکنش فونون را در فضای مختصات نشان می دهد:
جایی که م- جرم یون هسته، تی- جرم الکترون قدر سانتی متر است، یعنی جاذبه فونون دوربرد است (در مقایسه با فواصل بین اتمی). دافعه کولن الکترون ها معمولاً کمی بزرگتر از جاذبه فونون است، اما به دلیل غربالگری در فواصل بین اتمی، به طور موثری ضعیف می شود و جاذبه فونون می تواند غالب شود و الکترون ها را به صورت جفت ترکیب می کند. انرژی اتصال نسبتا کوچک یک جفت کوپر به طور قابل توجهی کمتر از انرژی جنبشی الکترون ها است، بنابراین، طبق مکانیک کوانتومی، حالت های محدود نباید ایجاد شود. با این حال، در این مورد ما در مورد تشکیل جفت ها نه از عایق های آزاد صحبت می کنیم. الکترون ها در فضای سه بعدی و از شبه ذرات مایع فرمی با سطح فرمی بزرگ پر شده است. این منجر به واقعی می شود جایگزین کردن یک مسئله سه بعدی با یک مسئله یک بعدی، که در آن حالت های محدود تحت جاذبه ضعیف خودسرانه ایجاد می شوند.

در مدل BCS، الکترون‌هایی با تکانه مخالف جفت می‌شوند آرو - آر(کل حرکت جفت کوپر 0 است). تکانه مداری و اسپین کل جفت نیز برابر با 0 است. از نظر تئوری، با مکانیسم های غیر فونونی خاص، جفت شدن الکترون ها با تکانه مداری غیر صفر امکان پذیر است. ظاهراً جفت شدن در این حالت در ابررساناهایی با فرمیون های سنگین (به عنوان مثال CeCu 2 Si 2، CeCu 6، UB 13، CeA1 3) رخ می دهد.

در یک ابررسانا در یک دما تی < تی اسبرخی از الکترون‌ها که در جفت‌های کوپر ترکیب می‌شوند، یک میعان بوز را تشکیل می‌دهند (نگاه کنید به. بوز - تراکم انیشتین). تمام الکترون های واقع در میعان بوز با یک تابع موج منسجم توصیف می شوند. الکترون‌های باقی‌مانده در حالت‌های بیش از حد متراکم برانگیخته (شبه ذرات فرمی) هستند و انرژی آنها برابر است با این طیف در مقایسه با طیف الکترون ها در یک فلز معمولی بازآرایی می شود. در مدل BCS همسانگرد، وابستگی انرژی الکترون e به تکانه آردر یک ابررسانا شکل ( p F - تکانه فرمی):

برنج. 1. بازسازی طیف انرژی الکترون ها در یک ابررسانا (خط جامد) در مقایسه با یک فلز معمولی (خط چین).

برنج. 2. وابستگی دمایی شکاف انرژی در مدل BCS.

بنابراین، در نزدیکی سطح فرمی (شکل 1) یک شکاف انرژی در طیف (1) ظاهر می شود. برای برانگیختن یک سیستم الکترونیکی با چنین طیفی، لازم است حداقل یک جفت کوپر شکسته شود. از آنجایی که در این حالت دو الکترون تشکیل می شود، هر یک از آنها انرژی کمتر از 2 دارند، بنابراین انرژی اتصال یک جفت کوپر منطقی است. اندازه شکاف به طور قابل توجهی به دما بستگی دارد (شکل 2)، با او مانند و زمانی رفتار می کند T = 0 به حداکثر می رسد. ارزش ها و

جایی که چگالی حالت های تک الکترونی نزدیک سطح فرمی است، g- اف. ثابت جاذبه الکترون-الکترون

در مدل BCS، جفت شدن بین الکترون‌ها ضعیف و بحرانی فرض می‌شود. temp-pa در مقایسه با فرکانس‌های فونون مشخصه کوچک است . اما برای تعدادی از مواد (مثلا سرب) این شرط برقرار نیست و پارامتر (پیوند قوی) برقرار نیست. حتی تقریب در ادبیات بحث شده است. ابررساناها با جفت شدن قوی بین الکترون ها به اصطلاح توصیف می شوند. معادلات الیاشبرگ (G.M. Eliashberg, 1968) که از آنها مشخص است که مقدار تی اسهیچ محدودیت اساسی وجود ندارد.

وجود شکاف در طیف الکترونی منجر به نمایی می شود وابستگی در ناحیه دمای پایین تمام مقادیر تعیین شده توسط تعداد این الکترون ها (به عنوان مثال، ظرفیت گرمایی الکترونیکی و هدایت حرارتی، ضرایب جذب صدا و فرکانس پایین el-magn. تابش - تشعشع).

دور از سطح فرمیعبارت (1) انرژی را توصیف می کند. طیف الکترون های یک فلز معمولی، یعنی اثر جفت شدن الکترون ها را با گشتاور در ناحیه ای از عرض تحت تاثیر قرار می دهد. مقیاس فضایی همبستگی کوپر ("اندازه" یک جفت). طول همبستگی سانتی متر است (حد پایین در HTSC مشخص می شود)، با این حال، معمولاً از دوره کریستالی بسیار فراتر می رود. رنده.

ال دینامیک. خواص ابررساناها به رابطه بین همبستگی استاندارد بستگی دارد. طول و ضخامت مشخصه لایه سطحی که در آن مقدار el-magn به طور قابل توجهی تغییر می کند. زمینه هایی که در آن ns- غلظت الکترون های ابررسانا (جفت شده)، ه- بار الکترون اگر (چنین منطقه ای همیشه در نزدیکی وجود دارد تی اس، زیرا چه زمانی ، سپس جفت های کوپر را می توان نقطه مانند در نظر گرفت، بنابراین دینامیک الکتریکی ابررسانا محلی است و جریان ابررسانا با مقدار پتانسیل برداری تعیین می شود. آدر نقطه در نظر گرفته شده از ابررسانا (معادله لندن). هنگامی که خواص منسجم میعانات جفت کوپر ظاهر می شود، دینامیک الکتریکی غیرمحلی می شود - جریان در یک نقطه معین توسط مقادیر تعیین می شود. آدر کل مساحت ( معادله پیپارداین وضعیت معمولاً در ابررساناهای خالص عظیم (در فاصله کافی از سطح آنها) وجود دارد.

انتقال یک فلز از حالت عادی به حالت ابررسانا در غیاب آهنربا. فیلد یک انتقال فاز از مرتبه دوم است. این انتقال با یک پارامتر ترتیب اسکالر پیچیده مشخص می شود - تابع موج میعانات بوز از جفت های کوپر، که در آن r- مختصات فضایی در مدل BCS [در تی = تی اس ، و وقتی که T =در باره ]. فاز تابع موج نیز از اهمیت قابل توجهی برخوردار است: چگالی جریان ابررسانا j s از طریق گرادیان این فاز تعیین می شود:

که در آن علامت * نشان دهنده صرف پیچیده است. چگالی جریان j s نیز در آن ناپدید می شود تی = تی اس. انتقال فاز معمولی فلز - ابررسانا را می توان در نتیجه شکست خود به خودی تقارن با توجه به گروه در نظر گرفت. تقارنU(l) تبدیل گیج تابع موج. از نظر فیزیکی این با تخلف زیر مطابقت دارد تی اسبقای تعداد الکترون ها به دلیل جفت شدن آنها، و به صورت ریاضی با ظاهر غیر صفر بیان می شود. مقادیر پارامتر سفارش

شکاف انرژی طیف الکترونی همیشه با مقدار مطلق پارامتر مرتبه منطبق نیست (همانطور که در مدل BCS وجود دارد) و اصلاً شرط لازم برای C نیست. بنابراین، برای مثال، هنگام وارد کردن یک عنصر پارامغناطیس به یک ابررسانا. ناخالصی ها در محدوده معینی از غلظت آنها، S. بدون شکاف قابل تشخیص است (به زیر مراجعه کنید). تصویر ترمودینامیک در سیستم های دو بعدی عجیب است، جایی که ترمودینامیک. نوسانات در فاز پارامتر سفارش، نظم دوربرد را از بین می برد (نگاه کنید به قضیه مورمین-واگنر)، و با این حال S. اتفاق می افتد. به نظر می رسد که شرط لازم برای وجود جریان ابررسانا j s حتی وجود مرتبه دوربرد (مقدار متوسط ​​محدود پارامتر ترتیب) نیست، بلکه شرط ضعیف تر کاهش قدرت-قانون در تابع همبستگی است.

خواص حرارتی ظرفیت گرمایی یک ابررسانا (و همچنین یک فلز معمولی) از الکترونیک تشکیل شده است C esو شبکه C psجزء. شاخص s به فاز ابررسانا اشاره دارد، پ- به حالت عادی، ه- به قطعه الکترونیکی، آر- به رنده.

در طول انتقال به حالت ابررسانا، بخش شبکه ظرفیت گرمایی تقریباً بدون تغییر باقی می ماند، اما قسمت الکترونیکی به طور ناگهانی افزایش می یابد. در چارچوب نظریه BCS برای طیف همسانگرد

زمانی که ارزش C esبه صورت تصاعدی کاهش می یابد (شکل 3) و ظرفیت گرمایی ابررسانا توسط قسمت شبکه آن تعیین می شود. C ps ~ T 3. وابستگی نمایی مشخصه C esامکان اندازه گیری مستقیم را فراهم می کند. عدم وجود این وابستگی نشان می دهد که در نقاط خاصی از سطح فرمی انرژی وجود دارد. شکاف به صفر می رسد به احتمال زیاد، دومی با مکانیسم غیرفونونی جذب الکترون همراه است (به عنوان مثال، در سیستم هایی با فرمیون های سنگین، جایی که در دمای پایین برای UB 13 و برای CeCuSi 2).

برنج. 3. پرش در ظرفیت گرمایی پس از انتقال به حالت ابررسانا.

رسانایی حرارتی فلز در طول انتقال به حالت ابررسانا جهشی را تجربه نمی کند، یعنی. . وابستگی ناشی از عوامل متعددی است. از یک طرف، خود الکترون ها سهم خود را در هدایت حرارتی ایفا می کنند که با کاهش دما و تشکیل جفت های کوپر، کاهش می یابد. از سوی دیگر، سهم فونون mps تا حدودی شروع به افزایش می‌کند، زیرا با کاهش تعداد الکترون‌ها، میانگین مسیر آزاد فونون‌ها افزایش می‌یابد (الکترون‌های ترکیب شده در جفت‌های کوپر فونون‌ها را پراکنده نمی‌کنند و خود گرما را منتقل نمی‌کنند). بنابراین، در حالی که . در فلزات خالص، جایی که بالاتر است تی اسبخش الکترونیکی هدایت حرارتی غالب است ، در طول انتقال به حالت ابررسانا تعیین کننده است. در نتیجه، در تمام دماهای پایین تر تی اس. در آلیاژها، برعکس، هدایت حرارتی عمدتاً توسط قسمت فونون آن تعیین می شود و هنگام عبور از آن، به دلیل کاهش تعداد الکترون های جفت نشده شروع به افزایش می کند.

خواص مغناطیسی با توجه به امکان جاری شدن جریان های ابررسانا غیر اتلاف پذیر در یک ابررسانا، تعریف شده است. در شرایط آزمایشی، اثر مایسنر را نشان می‌دهد، یعنی در حضور تأثیرات خارجی نه چندان قوی رفتار می‌کند. ماگ میدان‌ها به عنوان یک مغناطیس ایده‌آل (حساسیت مغناطیسی). بنابراین، برای نمونه ای که شکل یک استوانه جامد طولانی در یک خارجی همگن دارد ماگ رشته ن، در امتداد محور آن، مغناطش نمونه اعمال می شود . خارج ماگ میدان حاصل از حجم ابررسانا منجر به کاهش انرژی آزاد آن می شود. در این مورد، جریان های ابررسانای محافظ در یک لایه سطحی نازک به سانتی متر جریان می یابد، این مقدار نیز عمق نفوذ سطح خارجی را مشخص می کند. ماگ زمینه های نمونه

بر اساس رفتار آنها در میدان های به اندازه کافی قوی، مواد ابررسانا به دو گروه تقسیم می شوند: ابررساناهای نوع 1 و نوع 2 (شکل 4). شروع بخش منحنی های مغناطیسی (جایی که ) با اثر کامل مایسنر مطابقت دارد. سیر بعدی منحنی ها برای ابررسانای نوع 1 و نوع 2 به طور قابل توجهی متفاوت است.

برنج. 4. وابستگی مغناطیسی به میدان مغناطیسی خارجی برای ابررساناهای نوع 1 و نوع 2.

ابررساناهای نوع اول در یک پرش ولتاژ خود را از دست می دهند (انتقال فاز نوع اول): یا زمانی که به یک مقدار بحرانی مربوط به یک میدان معین می رسند. دما T S (N)، یا با افزایش خارجی زمینه ها به بحرانی ارزش های N S (T)(میدان بحرانی ترمودینامیکی). در نقطه انتقال فاز که در میدان مغناطیسی رخ می دهد. میدان، در انرژی در طیف یک ابررسانای نوع 1، یک شکاف با اندازه محدود بلافاصله ظاهر می شود. بحرانی رشته N S (T) تفاوت بین ضربات را تعیین می کند. ابررسانا انرژی آزاد F sو عادی F pفاز:

ضرب و شتم پنهان گرمای انتقال فاز

جایی که S nو Ss- ضرب و شتم آنتروپی فازهای مربوطه ضرب و شتم پرش. ظرفیت حرارتی در T = T s

در غیاب خارجی ماگ زمینه ها در تی = تی اساندازه Q=اوه، یعنی انتقالی از مرتبه دوم رخ می دهد.

با توجه به مدل BCS، ترمودینامیکی. بحرانی زمینه با بحرانی همراه است نسبت دما به ازدحام

و وابستگی دمایی آن در موارد شدید دماهای بالا و پایین به شکل زیر است:

برنج. 5. وابستگی به دما میدان مغناطیسی بحرانی ترمودینامیکی H c.

هر دو مقدار حدی نزدیک به مقادیر تجربی هستند. رابطه، که به خوبی آزمایش های معمولی را توصیف می کند. داده ها (شکل 5). در مورد غیر استوانه ای هندسه تجربه زمانی که بیش از ext. ماگ فیلد تعریف شده مقادیر H 0 = (1 - N)H C (N - عامل مغناطیس زدایی) ابررسانای نوع 1 به حالت میانی می رود : نمونه به لایه هایی از فازهای معمولی و ابررسانا تقسیم می شود که نسبت بین حجم آنها به مقدار بستگی دارد. ن. انتقال نمونه به حالت عادی به تدریج و با افزایش نسبت فاز مربوطه انجام می شود.

زمانی که جریانی که از یک ابررسانا می گذرد از مقدار بحرانی معینی فراتر رود، حالت میانی نیز می تواند به وجود آید. معنی است، مربوط به ایجاد یک مقدار بحرانی در سطح نمونه است. ماگ زمینه های N s.

تشکیل یک حالت میانی در ابررسانای نوع 1 و تناوب لایه‌های فازهای ابررسانا و عادی با اندازه محدود تنها با این فرض امکان‌پذیر است که سطح مشترک بین این فازها دارای انرژی سطحی مثبت باشد. بزرگی و علامت بستگی به رابطه بین

رابطه نامیده می شود پارامتر Ginzburg-Landau و نقش مهمی در پدیدارشناسی دارد. نظریه C. علامت (یا مقدار x) تعیین دقیق نوع ابررسانا را ممکن می سازد: برای ابررسانای نوع 1 و ; برای ابررسانای نوع 2 و ابررساناهای نوع 2 شامل Nb خالص، اکثر آلیاژهای ابررسانا، ابررساناهای آلی و با دمای بالا هستند.

بنابراین، برای ابررساناهای نوع دوم، انتقال فاز از مرتبه اول به حالت عادی غیرممکن است. حالت میانی محقق نمی شود، زیرا سطح در مرزهای فاز منفی است. انرژی و دیگر به عنوان عاملی برای مهار تکه تکه شدن بی پایان عمل نمی کند. برای میدان های به اندازه کافی ضعیف و در ابررساناهای نوع 2، اثر منسنر رخ می دهد. هنگام رسیدن به پایین تر بحرانی زمینه های N C1(در مورد)، که معلوم می شود در این مورد کمتر از محاسبه رسمی است N S، نفوذ مغناطیسی از نظر انرژی مفید می شود. میدان‌های ابررسانا را به شکل گرداب‌های منفرد (به گرداب‌های کوانتیزه‌شده رجوع کنید)، که هرکدام حاوی یک کوانتوم شار مغناطیسی است، تبدیل می‌شود. یک ابررسانای نوع 2 به حالت مخلوط می رود.