Ginzburg_Andryushin_Sverkhprovodimost

При изготовлении понадобится также пресс. Оценка показывает, что нужно развивать усилие 7000 кг на таблетку диаметром около 1 см, чтобы получить хороший образец. По-видимому, таблетки можно прессовать даже с помощью самодельного винтового пресса.

Стоит обратить внимание также на выбор тигля, в котором отжигается материал. Металлический тигль может реагировать со сверхпроводником, что иногда может привести к нежелательным последствиям. К тем же последствиям могут привести примеси в смеси исходных материалов. Например, 2– 3% примеси атомов железа вместо меди ведут к подавлению сверхпроводимости.

Что делать с изготовленными таблетками?

Конечно, можно убедиться в резком падении сопротивления при сверхпроводящем переходе. Однако с помощью стандартных приборов школьной лаборатории вряд ли удастся по значению сопротивления отличить сверхпроводящий образец от медного. Гораздо нагляднее демонстрация эффекта Мейснера.

В любом случае для охлаждения понадобится жидкий азот. Его можно попросить в физических институтах. Сейчас он применяется довольно широко — и в медицине, и даже в кондитерской промышленности. Личный опыт одного из авторов показывает, что жидкий азот можно транспортировать (общественным транспортом) и хранить в обычном бытовом термосе со стеклянной колбой. (Ни в коем случае не закрывать термос крышкой!) Нельзя, однако, гарантировать, что такая колба не лопнет при наливании жидкого азота.

Непосредственно для опытов удобно наливать азот в неглубокие пенопластовые кюветы (можно использовать для этого пенопластовые крышки от упаковки приборов и некоторых бытовых изделий). В жидкий азот нельзя совать пальцы, в остальном же он практически безопасен в работе.

Простейший опыт состоит в том, что неохлажденная в азоте таблетка спокойно лежит на магните, никак не реагируя на магнитное поле, а охлажденная висит над ним. Можно придумать различные варианты этого опыта, в том числе весьма впечатляющие.

Положение таблетки над одним полюсом магнита неустойчиво (рис. 41). Она как бы находится на вершине скользкой горки и довольно легко соскальзывает вбок. Из нескольких магнитов можно устроить такую конфигурацию магнитного поля, чтобы таблетка находилась как бы в «ложбинке». Тогда таблетку можно не только подвесить, но и закрутить в воздухе. Поскольку трение о воздух мало, таблетка крутится до тех пор, пока повышающаяся температура не достигнет Tc. Тогда таблетка просто упадет на магниты.

Рис. 41. Варианты демонстрации эффекта Мейснера: а — зеленая таблетка сверхпроводника висит над постоянным магнитом. Ее положение над полюсом неустойчиво, она норовит соскользнуть вбок; б — устройство магнитной « ложбинки». Рисунок представляет собой как бы разрез магнитного поля в одной плоскости; в — эскиз длинной « ложбинки», вдоль которой таблетка может свободно двигаться. Если края « ложбинки» приподняты, то таблетка будет колебаться из конца в конец и мы получим маятник

Еще более эффектные опыты можно провести при более сложной конфигурации магнитного поля. Если устроить длинную «ложбинку», то таблетка сможет двигаться вдоль нее при малейшем толчке и совершать довольно длинные путешествия по извилистой дорожке. После охлаждения в жидком азоте таблетка сохраняет сверхпроводимость на воздухе при комнатной температуре около минуты. Более длительные опыты нужно проводить в парах жидкого азота. С точки зрения удобства охлаждения левитацию проще демонстрировать «наоборот»: подвешивать кусочек магнита над лежащей в кювете с жидким азотом таблеткой сверхпроводника.

1 Полностью Нобелевскую лекцию В. Л. Гинзбурга можно прочесть в книге: Гинзбург В.Л.

О сверхпроводимости и сверхтекучести. Автобиография. М.: Физматлит, 2006, а также в интернете на сайте «Успехи физических наук»: «О сверхпроводимости и сверхтекучести (что мне удалось сделать, а что не удалось), а также о «физическом минимуме» на начало XXI века» (PDF, 1,22 Мб).

2 Этот результат достигнут в Московском государственном университете Е. В. Антиповым с коллегами.

Информационные ресурсы

Книги

1.Буккель В. Сверхпроводимость: Основы и приложения. М.: Мир, 19751.

2.Гинзбург В.Л. О науке, о себе и о других. М.: Физматлит, 2003 (гл. 6 и 7 в этой книге посвящены сверхпроводимости и сверхтекучести).

3.Гинзбург В.Л. О сверхпроводимости и сверхтекучести. Автобиография. М.: Физматлит, 2006.

4.Кресин В.3. Сверхпроводимость и сверхтекучесть. М.: Наука, 1978.

5.Тилли Д.Р., Тилли Дж. Сверхтекучесть и сверхпроводимость. М.: Мир, 1977.

6.Шмидт В.В. Введение в физику сверхпроводников. М.: МЦНМО, 2000.

Полезные ссылки в интернете

1.Сайт Superconductors.

2.Сайт Конденсированные среды. Актуальные исследования.

3.Сайт Успехи физических наук.

4.Избранные труды В. Л. Гинзбурга.

5.Страничка Сектора теории сверхпроводимости Отделения теоретической физики им. И. Е. Тамма Физического института им. П. Н. Лебедева РАН: по-русски, по-английски.

6.Сайт WebElements (интерактивная периодическая система Менделеева).

7.Журнал Cryogenics («Криогеника»).

8.Журнал Physica C: Superconductivity and its Applications («Сверхпроводимость и ее приложения»).

9.Журнал Physical Review B.

1 В 2004 году эта книга вышла в расширенном виде на английском языке (Werner Buckel, Reinhold Kleiner.Superconductivity. Fundamentals and Applications. Wiley–VCH), она весьма пригодится желающим углубиться в предмет.

Подробное оглавление

К читателю Предисловие

Глава 1. Открытие сверхпроводимости

Начало

Металлы

Сопротивление Остаточное сопротивление Критическая температура Низкие температуры Эффект Мейснера Магнитное поле

Токи и поля в сверхпроводниках Идеальный диамагнетизм Немного истории

Глава 2. Физика сверхпроводимости

Как убедиться в том, что сопротивление сверхпроводника действительно равно нулю? Фазовый переход Теплоемкость Два типа электронов

Как происходит сверхпроводящий переход в магнитном поле Критический ток Глубина проникновения магнитного поля в сверхпроводник

Влияние формы сверхпроводника на проникновение магнитного поля и на сверхпроводящий переход Промежуточное состояние

Сверхпроводники II рода Вихри Движение вихрей

Захват магнитного потока Влияние кристаллической решетки Фононы

Глава 3. Природа сверхпроводимости

Квантовая механика Квантовый бильярд Шкала энергий Сверхтекучесть

Атом и квантовые состояния Квантовые жидкости Электрон фононное взаимодействие Связывание электронов в пары Граница сверхпроводника

Два главных свойства сверхпроводника

Глава 4. Техника сверхпроводимости

Применение сверхпроводимости заманчиво и затруднительно Магниты Сверхпроводящие НТСП-провода

Сверхпроводящие ВТСП-провода Применения сверхпроводящих магнитов 1 Применения сверхпроводящих магнитов 2 Эффекты Джозефсона

Применение слабой сверхпроводимости — СКВИДы

Глава 5. Звезда сверхпроводимости

Мода и сверхпроводимость Сверхпроводящий бум « Уровень шума»

Путеводная звезда Как сделать высокотемпературный сверхпроводник в школьной лаборатории

Информационные ресурсы

Книги Полезные ссылки в интернете