Сверхпроводимость проводников

Квантование магнитного потока может быть использовано для создания пространства,в котором вообще отсутствует магнитное поле.Если охладить

Сверхпроводимость проводников

Информация

Физика

Другие материалы по предмету

Физика

Сдать работу со 100% гаранией
тве элементов вычислительных машин. И в качестве переключающих устройств,работающих с очень высокой скоростью при малых затратах мощности, сверхпроводники идеальны.

Одно из таких устройств так называемый проволочный криотрон.

Слово ”криотрон” греческого происхождения (cryo- холод).Изобретен этот прибор американским ученым Баком.Прибор состоит из проволоки,

сделанной,например,из свинца или тантала, по которой протекает сверхпроводящий ток .Эта проволока называется клапаном.На нее намотана более тонкая из ниобия.Катушка,образованная этим тонким проводом,

называется управляющей.При протекании по ней достаточно большого тока сверхпроводимость в клапане разрушается.

Ниобий был выбран в качестве материала,из которого изготовляется управляющий провод,по той простой причине,что сверхпров. сохраняетсся в нем при достаточно сильных магнитных полях.Критические поля свинца или тантала,образующих клапан,являются весьма малыми ,и сверхпров.в них поэтому разрушается при пропускании в ниобиевой катушке достаточно слабого тока.

Сопротивление в клапане меняется при этом скачком от нуля до некоторого конечного значенитя.Уменьшением тока в управляемом проводе снова восстанавливается сверхпроводящие состояния свинца или тантала.

Скорость переключения в клиотронах достигает двух наносекунд

(2*10-9сек).Высокая скорость в сочетании с простотой устройства и лежит в основе использования сверхпроводящих криотронов в вычислительной технике.ЭВМ,использующая сверхпроводящие устройства,выделяется

своей необычной компактностью.

Вполне возможным является создание миниатюрного сверхпроводящего триода.Его можно представить себе состоящим всего из трех наклеенных друг на друга металлических пленок , причем роль сетки обычной радиолампы играет средняя полоска , в которой регулируется ток и создаваемое им магнитное поле.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сверхпроводник ,в толщу которого не проникает магнитное поле, всегда окружен магнитной “ подушкой”.

Эффект механического отталкивания используется для создания опор без трения.Сверхпроводящая сфера благодаря диамагнитному эффекту висит над кольцом,в котором циркулирует незатухающий ток.Сила тяжести

при этом уравновешивается магнитной “ подушкой”,создаваемой сверхпров . током.Оказывается,что могут “парить” довольно тяжелые предметы.Так,в одном из опытов был подвешен свинцовый цилиндр весом 5 кг.

Устройство, в котором используется описанное явление,называется сверхпроводящим подвесом.Такие подвесы могут использоваться в гироскопах,моторах и в ряде других устройств.Принцип механического отталкивания положен в основу создагния электрических машин,к.п.д. которых благодаря замечательным свойствам сверхпроводников равена 100%. В этих машинах ротор выполнен в виде шестиугольного сверхпроводящего

стаканчика.Два магнитика ,вращающиеся по окружности статора,отталкивают от себя магнитной “подушкой” сверхпроводящий ротор.Последний при этом приходит во вращение, скорость которого доходит до 20 000 об/мин

и в принципе может быть увеличена до большого значения.

Самая заманчивая перспектива использования эффекта механического отталкивания связана с работами по созданию “сверхпроводящей “ железной дороги.Японцы первыми создали модель железной дороги на магнитной подушке с вагонами ,в которых находятся сверхпроводящие магниты.Вагон весом 2 т и размером 4х1,5 х 0,8 м двигался над путепроводом со скоростью

50 км/час.Длина пути составляла 400м.Далее путь увеличили до 7 км.Транспорт

на “магнитной подушке “ сможет двигаться со скоростью 500 км/ час!Эти разработки ведутся во всех странах Европы.

У нас разработан проект такой дороги между Петербургом и Москвой.

Это явление в лабораторных условиях рассмотрел в замечательном эксперименте В.К.Аркадьев,назвавший его “ гроб Магомета”.Над металличе-

ским кольцом, в котором циркулирует такой ток, поместить в сверхпроводящую сферу, то на ее поверхности индуцируется сверхпроводящий ток.Его возникновение вследствие диамагнитного эффекта приведет к появлению сил отталкивания между кольцом и сферой.В результате сфера оказывается висящей над кольцом на высоте ,определяемой равенством силы

отталкивания и веса сферы .Подобный эффект механического отталкивания

наблюдается и в том случае , когда над сверхпроводящим кольцом помещается постоянный магнит,без видимой поддержки висящий над кольцом,в котором циркулируют индуцированные магнитом незатухающие сверхпроводящие токи.

Сверхпроводящие трансформаторы.Отсутствие в них тепловых потерь; сверхпроводящие трансформаторы при большой мощности (до 1 000 000 квт) оказываются значительно более компактыми по сравнению с обычными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В них можно не использовать сталь в качестве магнитного материала. Создаваемые сверхпроводниками магнитные поля намного превосходят значения напряженности,реализуемые в стальных материалах.

В последнее время в радиотехнике начинают использовать сверхпроводящие объемные резонаторы.Добротность резонатора обратно пропорциональна

электрическому сопротивлению его стенок.Ясно,что применение сверхпроводников, не обладающих электрическим сопротивлением, является с этой точки зрения весьма перспективным. Так, обычный прямоугольный свинцовый резонатор при Т = 3000К и частоте 1010 гц имеет добротность Q= 2*103. Тот же резонатор, находящийся в сверхпроводящем состоянии (Т=4,20К),характеризуется добротностью, достигающей Q= 4*108.

Компактность мсожет использоваться в космическом корабле для

создания магнитной противорадиационной защиты.Космонавт должен взять в космос “ низкие температуры” и сверхпроводящий соленоид.

Квантование магнитного потока в сверхпроводниках используется для создания магнитомеров для измерения слабых магнитных полей.Приборы такого вида называются квидами.Они фиксируют изменения потока

Например, если площадь сечения сквида равна 0,1 см 2,то можно измерять поля ~10-10 э!

 

Катушка с полем

переменного тока

 

 

 

 

Тонкая пленка

(~10-6 cм толщиной)

 

 

Рис.6

 

Изображенный сквид представляет собой два тонких сверхпроводящих полуцилиндра, полученных напылением на катушку.Эти полуцилиндры соединены тонким мостиком, образующим слабую связь.Квантование этого магнитного потока приводит к ступенчатому характеру зависимости потока от внешнего магнитного поля.Это изменение потока генерирует сигнал в резонансном колебательном контуре.С помощью этих сигналов и регистрируются слабые изменения магнитного поля.

Сквиды используются для снятия магнитокардиограмм, т.е. для исследования сигналов от магнитного поля , создаваемого при работе сердца пациента.Сквид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

располагается в криостате,на расстоянии нескольких сантиметров от сердца

пациента.Регистрируются резкие сигналы ,идущие от сердца.Ясно,что этот метод важен для медицинских исследований.

Квантование магнитного потока может быть использовано для создания пространства,в котором вообще отсутствует магнитное поле.Если охладить цилиндр,внутри которого имеется слабое магнитное поле, до температуры ниже критической, то внутри цилиндра “заморозится” некоторый магнитный поток.Если после этого мы начнем постепенно увеличивать радиус цилиндра,то число квантов потока не изменится, но увеличение площади сечения повлечет за собой соответствующее уменьшение напряженности поля.Если использовать несколько вложенных друг в друга цилиндров.то описанным путем можно в конце концов добиться того, что во внутреннем цилиндре не будет содержаться ни одного кванта потока.

Таким образом, возникает область,не содержащая магнитного поля, т.е. создается идеальный магнитный экран.

Интересным прибором является также сверхпроводящий болометр.Он предназначается для измерения радиации в инфракрасной области спектра.

Основной частью такого болометра является тонкая проволока из сверхпроводника,находящаяся при температуре,близкой к критической. Под

действием падающей радиации, которая поглащается металлом,температура повышается и становится больше Тк.При этом сверхпроводимость разрушается,и в проволоке скачком восстанавливается нормальное сопротивление.

Это приводит к легко регистрируемому падению напряжения.Резкость перехода в нормальное состояние делает сверхпроводящий болометр весьма чувствительным прибором.Порог чувствительности его составляет

10-1010-12 вт.

Техническая сверхпроводимость находится в развитии и составляет часть технической физики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Использованная литература

 

1.Иваноа Б.Н.Законы физики.М.: Высшая школа .1986.

2.Кресин В.З.Сверхпроводимость и сверхтекучесть.М.:Наука,1978.

3.Парселл Э.Электричество и магнетизм.М.:Наука,1985.

(Берклиевский курс физики).

4.Суорц Кл.Э.Необыкновенная физика обыкновенных яв

Похожие работы

<< < 1 2 3 4 >