Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Другой весьма интересной особенностью сверхпроводников является то, что они представляют собой идеальные диамагнетики:магнитное поле, пронизывающее проводник при температуре выше Т,„, выталкивается из него при переходе металла в сверхпроводяшее состояние. Однако если напряженность внешнего поля превысит определенное критическое значение Н... то сверхпроводяшее состояние разрушится. Температурная зависимость напряженности поля с хорошим приближением описывается выражением Н,.(Т)=Н,.(0)(1 — (Т)Т,.)'(. (106) Критическая напряженность поля при температуре абсолютного нуля Н,„(0) составляет, например, для кадмия 2390 А ° м ', для свинца 63 900 А-м '. Сверхпроводящее состояние можно также разрушить, пропуская через сверхпроводиик ток Тел который создает на его поверхности магнитное поле не меньше Н„.
В соответствии с характером перехода из сверхпроводящего состояния в нормальное при увеличении магнитного поля различают сверхпроводники 1 рода (РЬ, НВ, !п, ап, А1) и Н рода (Т(Ь, У, Тс). В то время как сверхпроводвики! рода переходят в нормальное состояние скачком, при строго определенной критической напряженности поля Н... у сверхпровод- . ников Н рода этот переход совершается постепенно: начиная с Ньи (Н„(где Н„определяется соотношением (10.6) (, поле частично проникает в сверхпроводник.
Полное проникновение поля и соответственно исчезновение сверхпроводимости наступает при Н,.ь которое может быть больше Н„в сотни раз, т. е. достигать значений 1О' А.м '' В интервале между Н,.~ и Н „е металл находится в промежуточном гетерогенном состоянии, в котором сосуществуют нормальная и сверхпроводяшая фазы. При переходе в сверхнроводящее состояние наблюдается скачкообразное изменение удельной теплоемкосги Теплопроводность при Т„, также изменяется, однако значительно меньше, чем электрическая проводимость. Поэтому соотношение Видемана — Франца для проводника в сверхпроводящем состоянии не выполняется. Наиболее широко сверхпроводники применяются в качестве обмоток электромагнитов, создающих чрезвычайно сильное постоянное магнитное псле. Поэтому при разработке новых сверхпроводящих материалов стремятся к повышению не только Т„„пои Н .
С помои!ькз специальной технологической обработки получают так называемые жесткие сверхпроводники, используемые для получения сильных магнитных полей высокой стабильности. В целом современная теория явлений переноса способна качественно объяснить основные наблюдаемые факты, особенно зависимости кинетических коэффициентов ог действии внешних факторов (температура и т. д.) .
Однако более точные количественные расчеты кинетических коэффициентов отдельных металлов все еше затруднены. Еще менее развита теория сплавов. Поэтому в наставшее время новые металлические проводящие материалы разрабатываются, главным образом, экспериментально. 10.3. ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ ОТ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ В этом параграфе кратко описываются экспериментально наблюдаемые особенности проводимости и теплопроводности металлов при изменении температуры, давления, при легировании, деформировании и других воздействиях, а также приводятся эмпирически установленные закономерности и их качественные объяснения. Эмпирическое правило Маггисгена атносится к сопротивлению сплавов, оно про.
иллюстрировано на рис. 10.2. Температурные зависимости удельного сопротивления чистого металла (в данном случае меди) и его сплавоа, содержаших малые добавки (до двух-четырех атомных Уй) других металлов, одинаковы: оии представляют собой систему параллельных линий. Это означает, что удельное сопротивление сплава с неболылим содержанием примеси состоит из двух независимых частей: р,„ и р.ж„. Удельное сопротивление р,.„ -- это сопротивление чистого металла, оно 190 Класси4икация и свойства ироводниковмх материалов (равд.
!О) ягди я ЦОР Р,ОХ Р ТО Тлл О 5Р 1РО 200 РРР !! Рис. !0.2. Зависимость удельного сопротивления р меди и ее сплавов от температуры (иллюстрация правила Маттиссена) ! — чистая медь; сплавы меди (твердые растворы): 2 — 1,03% !ат.) 1п; 3 — 1,12% (ат.) Кй 4— 0,403 % (ат.) 5Ь; Ю вЂ” 0,89% (ат.) 5п; б — 2,16% (ат)М07 — ! 20% !ат ) Мп;8--06! % (ат) Ре; 9 — 3,32% (вт.) Х1; 10 — 0,87% (ат.) Ге; 1!в 1,13% (зт.) 5Ь; !2 — 1,0! % (ат.) йз зависит от температуры, р,ㄠ— постоянная добавка, обусловленная рассеянием носителей заряда на примесях.
Аналитически правило можно записать з следующем виде: р=р„„+р.р,„! Орчьду=др„. /87! (1О 7) Наилучшим образом этому правилу подчиняются сплавы с непереходными металлами (рис. !0.2 это кривые 2, 4, О, 11, 12 для сплавов меди с индием, сурьмой, оловом. мышьяком). Для сплавов, в состав которых входят переходные метазлы, правило Маттиссена часто нарушается (кривые Р, 7, 8, Р, 10 для сплавов с никелем, марганцем, железом].
Зависимость сопротивления металла от температуры. Эта зависимость для широкого интервала температур показана на рис. КЬЗ, кривая 1. Удельное сопротивление металла даже высокой степени чистоты включает в себя р.р.„. Поэтому у металлов, не обладающих сверхпроводимостью, при низких температурах наблюдается область «остаточного» сопротивления, почти не зависящего от температуры (область !). Здесь р, ~р,я, и поэтому ркз -р,рыы Ширина области ! равна нескольким градусам вблизи 0 К.
Чем чище металл, тем меньше р„„„„и тем уже область !. Зависимость остаточного удельною сопротивления р„, от наличия примесей очень сильная, это позволяет использовать остаточное сопротивление как удобную меру чистоты металлов. На практике определяется отношение сопротивлений при Рис. !0.3. Типичные температурные зависимости удельного электросопротивления металлов. Области 1, Д, !!! относятся к кривой 1, штркхазая линия — переход в саерхпровохящее состояняе, Т„ — точка плавления комнатной температуре и температуре кипения жидкого гения (4,2 К).
Значение отношения сопротивлений в настоящее время нередко является единственной количественной характеристикой содержания примесей в металлах высокой степени чистоты. При более высоких температурах у чистых металлов р„» р„мы и р яэ р„„. Согласно простейшей теории электропроводности металлов р„7~ при Т(0, и р„, Т при 'Т) О, где О есть характеристичссная температура колебательного спектра кристаллической решетки н составляет для большинства металлов 100...400 К. Действительно, для многих металлов вслед за областью ! отмечается быстрый рост сопротивления (область !!), мяорый потом замедляется и переходит в прямо пропорциональную зависимость (область !!! ) . Изменение показателя степени при Тот 3 до ! происходит плавно.
Быстрый рост р„при низких температурах объясняется тем, что при нагревании возбуждаются все новые частоты тепловых колебаний решетки, на которых рассеиваются носители заряда. Затем спектр колебаний возбуждается полностью (этот момент примерно характеризует температура О) и дальнейшее повышение температуры ведет лишь к прямо пропорциональному увеличению амплитуд колебаний, с которыми линейно связано сопротивление. Для многих металлов, у которых зависимость р=7(7') соответствует кривой 1, отмечены слабые отступления от линейной зависимости в области Дй Для некоторых переходных н редкоземельных металлов наблюдается сильное замедле- 5 10.8) Влияние внешних Факторов М)(ОМ М ТТ Т,а ТОО //00 В00 або таоа тю /( ющнх, то, строго говоря, и/уТчь Ео. Прн хорошем совпадении экспериментального значения и/уТ с теоретическим значением числа Лоренца можно считать, что в данном металле решеточная составляющая теплопроводностн много меньше электронной.
Влияние температуры на сопротивление характеризуют температурным козфффициентом удельного сопротивлении или средним температурным коэффициентом удельного сопротивления: ние, почти прекращение роста сопротивления при высоких температурах (кривая 2). Теплопроводиость. Поскольку в наиболее интересной для практики области вблизи комнатной и при более высоких температурах у большинства металлов у 1/Т, то в соответствии с законом Видемана — Франца теплопроводность в этой области постоянна. При более низких температурах (ниже 0) зависимость к=/(Т) сложнее: она имеет максимум и стремится к нулю при Т-нб К. Более строгая теория, чем приведенное выше элементарное рассмотрение, показывает, что закон Видемана — .
Франца действителен лишь для электронной составляющей теплопроводности при условии упругого рассеяния электронов при столкновениях. Реально же в некоторых металлах рассеяние электронов носит неупругий характер (при столкновении электрон теряет заметную часть энергии). Кроме того, заметной может оказаться н решеточная составляющая теплопроводностн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
