belonuchkin-zaikin-tsipenyuk-kvantovaya-fizika (1) (810753), страница 121
Текст из файла (страница 121)
рис 10.4). Эффект механического отталкивания используется, в частности, для создания подшипников и опор без трения. Заманчива перспектива использова- 10.9. пРименения снегхпРОВОдимости ния эффекта механического отталкивания сверхпроводника на транспорте. Речь идет о создании поезда на магнитной подушке, в котором будут полностью отсутствовать потери на трение о колею дороги. Модель такой сверх- проводящей дороги длиной 400 м была создана в Японии еще в 70-х годах вагон весом 2 т и размером 4 х 1,5 х 0,8 м двигался над путепроводом со скоростью 50 кмттчас.
Расчеты показывают, что поезд па магнитной подушке сможет развивать скорость до 500 кмттчас. Такой поезд будет «зависать» над рельсами на расстоянии 2 .3 см, что и даст ему возможность разогнаться до указанных скоростей. Широко используются в настоящее время сверхпроводящие объемные резонаторы, добротность которых может достигать 5 10~т. С одной стороны, сверхпроводящие резонаторы, обладая столь высокой добротностью, позволяют получить высокую частотную избирательность. С другой стороны, сверхпроводящие резонаторы широко используются в сверхпроводящих ускорителях, позволяя существенно уменьшить мощность, требуемую для создания ускоряющего электрического поля. Как правило, сверхпроводящие резонаторы изготовляются из свинца либо ниобия.
Одно из самых распространенных направлений прикладной сверхпроводимости — исполтзование сверхпроводящих измерителей магнитного потока, так называемых сквидов (это название является аббревиатурой английских слов втт1тегсопт1ттгБттд т1иатт1ттт ттйег1егепсе йевттте . сверхпроводящий квантово-интерференционный прибор), как в научных исследованиях, так и в различных технических областях. Такие устройства регистрируют чрезвычайно слабые магнитные поля до 10 ' Тл, поэтому их уже сегодня эффективно используют в медицине и биологии для исследования магнитных полей живых организмов и человека. В геологии сквиды применяются для определения изменения силы гравитации в различных точках Земли. Такая информация нужна для поиска полезных ископаемых. Наиболее перспективными направлениями широкого использования высокотемпературных сверхпроводпиков считаются криоэнергетика и криоэлектроника.
В криоэнергетике уже разработана методика изготовления достаточно длинных (длиной порядка 1000 метров) проводов и кабелей на основе висмутовых ВТСП-материалов. Этого достаточно для создания небольших двигателей со сверхпроводящей обмоткой, сверхпроводящих трансформаторовт индуктивностей и т. и. На основе этих материалов уже созданы сверх- проводящие соленоиды, создающие при температуре жидкого азота (77 К) магнитные поля порядка 1 Тл, вполне реально получить поля и в несколько тесла при азотной температуре. С другой стороны, соленоиды на основе ВТСП-материалов позволяют получить высокие значения магнитных полей при гелиевой температуре, так как у этих материалов верхнее критическое поле составляет сотни тесла.
В криоэлектронике уже разработана методика приготовления пленочных ВТСП-сквидов, которые по своим характеристикам ненамного уступают гелиевым аналогам. Освоена методика изготовления совершенных магнитных экранов из ВТСП, в частности, для исследования биомагнитных полей. Из ВТСП созданы антенны, ттередающие линии, резонаторы, фильтры, смеси- тели частоты и т. д. Темп технологических и прикладных исследований очень высок, так что, возможно, промьпплештость освоит выпуск изделий из высокотем- ГЛ.10. СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ 450 пературных сверхпроводников раньше, чем мы достоверно выясним природу сверхпроводимости в металлооксидных соединениях. Для технологии в первую очередь важен сам факт существования материалов, сверхпроводящих при температуре жидкого азота.
Однако целенаправленное и осмысленное движение вперед и в технологической сфере невозможно без всестороннего исследования уже известных ВТСП, без понимания всех тонкостей высокотемпературной сверхпроводимости как интереснейшего физического явления. Тем более это относится к поиску новых сверхпроводников. Мы привели лишь несколько примеров практического использования сверхпроводимости. Пе меньшее значение, конечно, имеют проблемы передачи электроэнергии на большие расстояния без потерь, накопителей энергии, защиты космических аппаратов от космического излучения, создания различных измерительных сверхпроводящих устройств, в том числе боло- метров, приемников излучения, и т. д. Задачи 1. Какой максимальный ток течет по поверхности сверхпроводника 1 рода, если Н, = = 4 10 А,?м, а Ль = 0,5 10 т м? Реоиение.
14з ураннения Лондонов следует, что поле в сверхпроводник проникает по закону Х '1 Н? х? = Но ехр ( — — ) . т Л,)' Согласно уравнению Максвелла /4НЪ Н, 2. Тантал кристаллизуется в объемно-центрированную кубическую решетку с ребром и = 3 А |л является сверхпроводником 1 рода с Т,= 4,4 К. Считая, что каждый атом тантала отдает в зону проводимости один электрон, эффективная масса которого равна массе свободного электрона, оценить из анергетнческих соображений ве.дичину критического магнитного поля Н„при Т 0 К как поля, в котором разрушаются куперовские пары. Рсиоение, Плотность магнитвой энергии при В В, должна быть порядка апергин связи куперовских пар, т.
е. Вз и 3 пго — 2п,Гх = 2 — — г5 = 2ро 2Е, Е, Но и мы получаем акН76й, ЕЧ 'Г=Р,М О * Отметим, что экспериментальное значение критической индукции магнитного поля у тантала состаапяет 8,3. 10 о Тл. 3. Длинный цилиндр из сверхпроводника П рода, у которого нижнее критическое поле Н,1 = 400 Э, помезцен в магнитное поле Н = 500 Э, параллельное его образующей, и при этом его наьоагниченность составила половину гаго значения, которое было при Н = Н,ь Оценить среднео расстояние между вихрями магнитного потока в этом поле. Решение. При Н = Ны, В1 = роГН 1 4. Т) = 0 -э! = — Н ъ Прн Н = 1,25Ноь Во = ро?Н 4- 1/2) = ро1Н вЂ” Н 1(2) = 3 10 о Тп.
злдлчи 451 Плотность вихрей и = Вз/Фо, а среднее расстояние между вихрями 1 /Фе 2 10 — — 25 10 м. чти 'т' Вз ; Пз Л= ~ — ) =08.10 м; ФО ' -т =~-;,) 1/2 «=( — ) =25 10 зм. 5. Прн каком напряжении 1г начнет течь ток через туннельный переход металл — изолятор — сверхпроводник, если Т, = 92 К, а измерения проводятся при Т <( Т,.
Решенне. Прн Т = 0 К в сверхпроводннке в области от Е, — 11 до Е„+ Ь не существует электронных состояний. Щель Ь й Т,. Поэтому ток через туннельный переход начнет течь при условии е1' = Ь. Отсюда 1г Ф.Т,(е = 0,8 10 ~ В. 4. У высокотемпературного сверхпроводннка УВаСпзОг верхнее н нижнее критические поля равны В,ч 0,1 Тл, а Вш 10з Тл. Оценить глубину проникновения Л н длину когерентностн «при Т = 0 К. Решение. ГЛАВА 11 МАГНЕТИЗМ ВЕЩЕСТВ Магнит и магнитное поле известны уже более тысячи лет.
По крайней мере примерно в Х в, люди па Западе и на Востоке знали о способности кусочка магнитной руды указывать направление на север, и викинги уверенно вели свои суда сквозь туманы северных морей, следуя указаниям магнитного компаса. Правда, помимо этого, наука о магнитах больше ничего не дала полезного для практики вплоть до открытия Х.К. Эрстеда. В 1820 г. в Копенгагене он обнаружил, что стрелка компаса отклоняется, когда в расположелшом поблизости проводнике течет ток . замечательное открытие, обнаружившее связь между электрическими и магнитными явлениями. Окончательно это было установлено в 1831 г., когда М.
Фарадей открыл явление электромагнитной индукции. Теперь мы знаем, что магнитную активность проявляют в той или иной степени все вещества без исключения, поэтому естественно предположить, что магнитные свойства вещества определяются элементарными частицами, входящими в состав каждого атома, т. е.
электронами, протонами и нейтронами. Однако магнитные моменты протона и нейтрона почти на три порядка мепыпе магнитного момента электрона, и поэтому с высокой степенью точности магнитным моментом ядра можно пренебречь и полагать, что магнитные свойства атома целиком определяются электронами. 11.1. Классификация магнетиков Напомним кратко основные характеристики магнитных материалов, которые уже рассматривались в разделе об электричестве и магнетизме. Для магнитных материалов вводится понятие намагниченности 1, которая для однородно намагниченного материала есть магнитный момент единицы объема.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
