- •Концепции современного естествознания
- •Оглавление
- •1. Естествознание в мировой культуре
- •1.1. Естествознание, как единая наука о природе
- •1.2. Естественнонаучная и гуманитарная культура, их взаимодействие
- •1.3. Естественнонаучная картина мира
- •2. Структурные уровни организации материи и типы материальных систем
- •3. Концепции современной физики в макромире
- •3.1. Новые технологии и прогресс цивилизации
- •3.2. Механическое движение
- •3.3. Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела
- •3.3.1. Классическая механика и границы ее применения
- •3.3.2. Законы динамики
- •3.3.3. Виды взаимодействия и их учет
- •3.4. Динамика вращательного движения твердого тела
- •3.5. Элементы механики жидкостей
- •3.6. Колебательные и волновые процессы
- •3.6.1. Колебания
- •3.6.2. Свободные, запухающие и вынужденные колебания
- •3.6.3. Автоколебания
- •3.6.4. Волновое движение
- •3.6.5. Звук
- •3.7. Молекулярная физика и термодинамика
- •3.7.1. Основные характеристики и законы молекулярно-кинетической теории идеального газа
- •3.7.2. Основные понятия и законы термодинамики
- •3.7.3. Реальные газы
- •3.7.4. Некоторые свойства жидкостей
- •3.7.4.1. Диффузия в жидкости
- •3.7.4.2. Осмотическое давление
- •3.7.4.3. Поверхностное натяжение, капиллярность и испарение
- •3.8. Электрические и магнитные явления
- •3.8.1. Электрические заряд и поле
- •3.8.2. Постоянный электрический ток
- •3.8.3. Сопротивление однородного проводника. Сверхпроводимость
- •3.8.4. Высокотемпературная сверхпроводимость
- •3.8.5. Ток в жидкостях. Электролиз. Законы Фарадея
- •3.8.6. Газовые разряды. Плазма
- •3.8.7. Магнитное поле
- •3.8.8. Действие магнитного поля на проводник с током и движущийся заряд
- •3.8.9. Электромагнитная индукция
- •3.8.10. Электромагнитные волны и их свойства
- •3.9. Оптические процессы
- •3.9.1.Фотометрические понятия и единицы
- •3.9.2. Основы геометрической оптики
- •3.9.3. Волоконная оптика
- •3.9.4. Интерференция света
- •3.9.5. Дифракция и рассеивание света
- •3.9.6. Поляризация света
- •4. Микромир: концепции современной физики
- •4.1. Тепловое излучение
- •4.1.1. Некоторые примеры использования законов теплового излучения
- •4.2. Фотоэлектрический эффект
- •4.3. Давление света
- •4.4. Модели атома
- •4.5. Основы квантовой механики. Уравнение Шредингера
- •4.6. Принцип неразличимости одинаковых частиц. Принцип Паули. Распределение электронов в многоэлектронных атомах
- •4.7. Поглощение света
- •4.8. Вынужденное излучение
- •4.8.1. Лазерная технология
- •4.9. Понятие о зонной теории твердых тел
- •4.10. Основные характеристики и состав ядра атома
- •4.11. Реакции деления и синтеза атомных ядер
- •4.12. Понятие и типы взаимодействий элементарных частиц
- •5. Мегамир - современные концепции
- •5.1. Современные космологические модели Вселенной и Галактики
- •5.2. Строение и эволюция звезд. Солнечная система. Земля
- •Библиографический список
- •Алфавитно-предметный указатель
- •Часть I
- •644099, Омск, ул. Красногвардейская, 9
3.8.3. Сопротивление однородного проводника. Сверхпроводимость
Электрическое сопротивление - величина, характеризующая противодействие электрической цепи (ее участка) электрическому току. Измеряется сопротивление в омах. Электрическое сопротивление обусловлено передачей или преобразованием электрической энергии в другие виды. При необратимом преобразовании энергии, например, в тепловую, сопротивление называется активным. Электрическое сопротивление, обусловленное передачей энергии электрическому или магнитному полю (и обратно), называется реактивным сопротивлением. В дальнейшем изложении материала электрическое сопротивление будем называть сопротивлением.
Сопротивление однородного металлического проводника выражается формулой R =,где — удельное сопротивление при t = 0; l – длина проводника; S - площадь поперечного сечения; а - температурный коэффициент, для металлов а =;t - температура по шкале Цельсия. Введем обозначение R0 = ,тогда R = R0(1+at). Далее заменим температурный коэффициент его значением и получим:. Из полученного выражения видно, что сопротивление металлических проводников пропорционально
абсолютной температуре. Представим эту зависимость графически на рис. 3.
Тк
Рис.3
Оказывается, при температурах, близких к абсолютному нулю, зависимость не отражает истинного положения. При этих температурах сопротивление ряда проводников резко уменьшается до нуля. Впервые это явление наблюдал в 1911 г. Камерлинг-Оннес на ртути и назвал его сверхпроводимостью. Критические температуры, при которых сопротивление ряда проводников уменьшается до нуля, характеризуется следующими значениями:T= 4,12 К; Трв = 7,26 К; TSn=3,69K.
Теоретическое объяснение разработано в 1958 году советским физиком Н. Н. Боголюбовым. В настоящее время открыто явление высокотемпературной сверхпроводимости.
3.8.4. Высокотемпературная сверхпроводимость
Начиная с 1911 по 1986 год, проводились исследования явления сверхпроводимости, однако, существенно повысить температуру перехода вещества в сверхпроводящее состояние (более 20 К) не удалось. И вот в конце 1986 года исследователям из Швейцарии и США удалось значительно продвинуться в этом направлении. Ими были получены сверхпроводящие керамические оксидные образцы сразу нескольких составов.
(LBC) и
где X = 0,150,2; У — различный и порой неопределенный.
Основные результаты опубликованных работ заключались в том, что во всех образцах указанных составов наблюдался сверхпроводящий переход при Тк =>70 К. В феврале 1987 года исследователям из Хьюстонского университета в США удалось повысить температуру сверхпроводящего перехода до Тк - 100 К путем замены в (LBC) La на иттрий. В 1988 году появились публикации, что на составах типа Т1СауВаСиОх температура перехода поднялась до 162 К. И, несмотря на то, что пока нет разработанной теории явления, а лишь высказано ряд гипотез, прорыв в до сих пор недоступную для сверхпроводимости область температур уже состоялся и это явление получило название высокотемпературной сверхпроводимости.
Сверхпроводимость входит в технику не так быстро, но возможности ее действительно заманчивы. Достаточно вспомнить подземные линии электропередачи с ничтожно малыми потерями энергии. Что же касается сверхпроводящего кабеля, то в качестве проводников в нем уже применяются ленты из керамического композита, содержащего высокотемпературный сверхпроводящий висмут и серебро. Полости их труб заполняются жидким азотом, что требует компрессоров (для сжижения азота) в конечных пунктах. И все же новые кабели, по мнению специалистов, гораздо эффективнее обычных и, кроме того, занимают много меньшее подземное пространство. Для крупных городов, а тем более мегаполисов, это весьма существенно. Увеличение пропускной способности городских силовых кабелей и снижение потерь в них - проблема, которая встает уже в настоящее время и использование сверхпроводящих кабелей -один из магистральных путей ее решения.
Примеры использования сверхпроводящей электротехники многогранны: это и скоростной монорельсовый транспорт, компактные накопители энергии, мощнейшие электродвигатели и многое другое, не говоря уже о том, что термоядерная проблема и магнитогидродинамическое (МГД) преобразование энергии практически осуществимы лишь с применением сверхпроводников. В последнее время сверхпроводящие магниты стали широко использоваться в ускорительной технике и в быстро завоевавшей популярность ЯМР-томографии. Одним словом, сегодня сверхпроводимость — это целый мир, насыщенный красивыми физическими эффектами и техническими приложениями. Высокотемпературная проводимость способна радикально преобразовать технику и энергетику, а значит, и экономику.