Acolo unde se folosește dependența rezistenței metalului de temperatură. Dependența rezistenței electrice de temperatură

Rezistența electrică a aproape tuturor materialelor depinde de temperatură. Natura acestei dependențe este materiale diferite diferit.

În metalele care au o structură cristalină, calea liberă a electronilor ca purtători de sarcină este limitată de ciocnirile lor cu ionii localizați la nodurile rețelei cristaline. În timpul coliziunilor, energia cinetică a electronilor este transferată rețelei. După fiecare ciocnire, electronii, sub influența forțelor câmpului electric, prind din nou viteză și, în timpul ciocnirilor ulterioare, renunță la energia dobândită ionilor rețelei cristaline, crescând vibrațiile acestora, ceea ce duce la o creștere a temperatura substanței. Astfel, electronii pot fi considerați intermediari în conversia energiei electrice în energie termică. O creștere a temperaturii este însoțită de o creștere a mișcării termice haotice a particulelor de materie, ceea ce duce la o creștere a numărului de ciocniri de electroni cu acestea și complică mișcarea ordonată a electronilor.

Pentru majoritatea metalelor, la temperaturile de funcționare, rezistivitatea crește liniar

Unde Şi - rezistivitate la temperaturi inițiale și finale;

- un coeficient constant pentru un metal dat, numit coeficient de temperatură al rezistenței (TCR);

T1 și T2 - temperaturi inițiale și finale.

Pentru conductoarele de al doilea tip, o creștere a temperaturii duce la o creștere a ionizării lor, prin urmare TCS-ul acestui tip de conductori este negativ.

Valorile de rezistivitate ale substanțelor și TCS ale acestora sunt date în cărțile de referință. De obicei, valorile rezistivității sunt date de obicei la o temperatură de +20 °C.

Rezistența conductorului este dată de

R2 = R1
(2.1.2)

Sarcina 3 Exemplu

Determinați rezistența unui fir de cupru al unei linii de transmisie cu două fire la + 20 ° C și + 40 ° C, dacă secțiunea transversală a firului S =

120 mm , iar lungimea liniei = 10 km.

Soluţie

Folosind tabele de referință găsim rezistivitatea cupru la + 20 °C și coeficient de rezistență la temperatură :

= 0,0175 Ohm mm /m; = 0,004 grade .

Să determinăm rezistența firului la T1 = +20 °C folosind formula R = , ținând cont de lungimea firelor înainte și retur ale liniei:

R1 = 0,0175
2 = 2,917 Ohm.

Găsim rezistența firelor la o temperatură de + 40°C folosind formula (2.1.2)

R2 = 2,917 = 3,15 Ohm.

Exercita

O linie aeriană cu trei fire de lungime L este realizată din sârmă, a cărei marcă este dată în tabelul 2.1. Este necesar să se găsească valoarea indicată de semnul „?”, folosind exemplul dat și selectând opțiunea cu datele specificate în acesta din Tabelul 2.1.

Trebuie remarcat faptul că problema, spre deosebire de exemplu, implică calcule legate de un fir de linie. În mărcile de fire goale, litera indică materialul firului (A - aluminiu; M - cupru), iar numărul indică secțiunea transversală a firului în mm .

Tabelul 2.1

	Lungimea liniei L, km	Marca firului	Temperatura firului T, °C	Rezistența firului RT la temperatura T, Ohm

Studiul materialului tematic se încheie cu lucrul cu testele nr. 2 (TOE-

ETM/PM” și nr. 3 (TOE – ETM/IM)

>>Fizica: Dependența rezistenței conductorului de temperatură

Substanțe diferite au rezistivități diferite (vezi § 104). Rezistența depinde de starea conductorului? la temperatura lui? Experiența ar trebui să dea răspunsul.
Dacă treceți curent de la baterie printr-o bobină de oțel și apoi începeți să o încălziți în flacăra arzătorului, ampermetrul va indica o scădere a curentului. Aceasta înseamnă că pe măsură ce temperatura se schimbă, rezistența conductorului se modifică.
Dacă la o temperatură egală cu 0°C, rezistența conductorului este egală cu R0, și la temperatură t este egal R, atunci modificarea relativă a rezistenței, după cum arată experiența, este direct proporțională cu schimbarea temperaturii t:

Factorul de proporționalitate α numit coeficient de rezistență la temperatură. Caracterizează dependența rezistenței unei substanțe de temperatură. Coeficientul de temperatură al rezistenței este numeric egal cu modificarea relativă a rezistenței conductorului atunci când este încălzit cu 1 K. Pentru toți conductorii metalici, coeficientul α > 0 și variază ușor cu temperatura. Dacă intervalul de modificare a temperaturii este mic, atunci coeficientul de temperatură poate fi considerat constant și egal cu valoarea sa medie pe acest interval de temperatură. Pentru metale pure α ≈ 1/273 K -1 . U a soluțiilor de electroliți, rezistența nu crește odată cu creșterea temperaturii, ci scade. Pentru ei α < 0. Например, для 10%-ного раствора поваренной соли α ≈ -0,02 K -1.
Când un conductor este încălzit, dimensiunile lui geometrice se modifică ușor. Rezistența unui conductor se modifică în principal datorită modificărilor rezistivității acestuia. Puteți găsi dependența acestei rezistivități de temperatură dacă înlocuiți valorile din formula (16.1)
. Calculele duc la la următorul rezultat:

Deoarece α se schimbă puțin atunci când temperatura conductorului se modifică, atunci putem presupune că rezistivitatea conductorului depinde liniar de temperatură ( Fig.16.2).

Creșterea rezistenței poate fi explicată prin faptul că, odată cu creșterea temperaturii, amplitudinea vibrațiilor ionilor la nodurile rețelei cristaline crește, astfel încât electronii liberi se ciocnesc mai des cu ei, pierzând astfel direcția de mișcare. Deşi coeficientul α este destul de mic, luând în considerare dependența rezistenței de temperatură la calcularea dispozitivelor de încălzire este absolut necesară. Astfel, rezistența filamentului de wolfram al unei lămpi cu incandescență crește de peste 10 ori atunci când trece curentul prin aceasta.
Unele aliaje, cum ar fi un aliaj de cupru-nichel (constantan), au un coeficient de rezistență la temperatură foarte mic: α ≈ 10-5 K-1; Rezistivitatea constantanului este mare: ρ ≈ 10 -6 Ohm m Asemenea aliaje sunt utilizate pentru fabricarea rezistențelor standard și a rezistențelor suplimentare la instrumentele de măsurare, adică în cazurile în care este necesar ca rezistența să nu se modifice semnificativ odată cu fluctuațiile de temperatură.
Dependența rezistenței metalului de temperatură este utilizată în termometre de rezistență. De obicei, principalul element de lucru al unui astfel de termometru este firul de platină, a cărui dependență de rezistență de temperatură este bine cunoscută. Schimbările de temperatură sunt judecate de modificările rezistenței firului, care pot fi măsurate.
Astfel de termometre vă permit să măsurați temperaturi foarte scăzute și foarte ridicate atunci când termometrele convenționale pentru lichide nu sunt adecvate.
Rezistivitatea metalelor crește liniar cu creșterea temperaturii. Pentru soluțiile de electroliți, aceasta scade odată cu creșterea temperaturii.

???
1. Când bec consuma multa energie: imediat dupa conectarea la retea sau dupa cateva minute?
2. Dacă rezistența spiralei aragazului electric nu s-a schimbat cu temperatura, atunci lungimea sa la puterea nominală ar trebui să fie mai mare sau mai mică?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizica clasa a X-a

Conținutul lecției notele de lecție sprijinirea metodelor de accelerare a prezentării lecției cadru tehnologii interactive Practica sarcini și exerciții ateliere de autotestare, instruiri, cazuri, întrebări teme pentru acasă întrebări de discuție întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, imagini, grafice, tabele, diagrame, umor, anecdote, glume, benzi desenate, pilde, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole trucuri pentru pătuțurile curioși manuale dicționar de bază și suplimentar de termeni altele Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorcorectarea erorilor din manual actualizarea unui fragment dintr-un manual, elemente de inovație în lecție, înlocuirea cunoștințelor învechite cu altele noi Doar pentru profesori lecții perfecte plan calendaristic timp de un an recomandări metodologice programe de discuții Lecții integrate

Dacă aveți corecturi sau sugestii pentru această lecție,

> Dependenţa rezistenţei de temperatură

Află cum rezistenta depinde de temperatura: comparație a dependenței rezistenței și rezistivității materialului de temperatură, semiconductor.

Rezistența și rezistivitatea se bazează pe temperatură și sunt de natură liniară.

Obiectiv de învățare

• Comparați dependența de temperatură a rezistenței specifice și obișnuite pentru fluctuații mari și mici.

Puncte principale

• Când temperatura se modifică cu 100°C, rezistivitatea (ρ) se modifică cu ΔT ca: p = p 0 (1 + αΔT), unde ρ 0 este rezistivitatea inițială și α este coeficientul de temperatură al rezistivității.
• Cu schimbări semnificative de temperatură, se observă o modificare neliniară a rezistivității.
• Rezistența obiectului este direct proporțională cu rezistența specifică și, prin urmare, prezintă aceeași dependență de temperatură.

Termeni

• Un semiconductor este o substanță cu proprietăți electrice care o caracterizează ca un bun conductor sau izolator.
• Coeficientul de temperatură al rezistivității este o mărime empirică (α) care descrie schimbarea rezistenței sau rezistivității cu temperatura.
• Rezistivitatea este gradul în care un material rezistă la fluxul electric.

Rezistența materialelor se bazează pe temperatură, astfel încât este posibil să se urmărească dependența rezistivității de temperatură. Unii sunt capabili să devină supraconductori (rezistență zero) la temperaturi foarte scăzute, în timp ce alții sunt capabili să devină supraconductori la temperaturi ridicate. Rata de vibrație a atomilor crește pe distanțe lungi, astfel încât electronii care se deplasează prin metal se ciocnesc mai des și cresc rezistența. Rezistivitatea se modifică cu temperatura ΔT:

Rezistența unei anumite probe de mercur ajunge la zero la o temperatură extrem de scăzută (4,2 K). Dacă indicatorul este peste acest semn, atunci există un salt brusc al rezistenței și apoi o creștere aproape liniară cu temperatura

p = p 0 (1 + αΔT), unde ρ 0 este rezistivitatea inițială și α este coeficientul de temperatură al rezistivității. Cu schimbări serioase de temperatură, α se poate schimba, iar pentru a găsi p, poate fi necesară o ecuație neliniară. De aceea, uneori lasă un sufix al temperaturii la care substanța s-a schimbat (de exemplu, α15).

Este de remarcat faptul că α este pozitiv pentru metale, iar rezistivitatea crește odată cu temperatura. De obicei, coeficientul de temperatură este de la +3 × 10 -3 K -1 până la +6 × 10 -3 K -1 pentru metale la aproximativ temperatura camerei. Există aliaje care sunt dezvoltate special pentru a reduce dependența de temperatură. De exemplu, manganina are α aproape de zero.

De asemenea, nu uitați că α este negativ pentru semiconductori, adică rezistivitatea lor scade odată cu creșterea temperaturii. Sunt conductori excelenți la temperaturi ridicate, deoarece amestecarea la temperatură crescută crește cantitatea de încărcare liberă disponibilă pentru a transporta curentul.

Rezistența unui obiect se bazează și pe temperatură, deoarece R 0 este direct proporțional cu p. Știm că pentru un cilindru R = ρL/A. Dacă L și A nu se schimbă mult cu temperatura, atunci R are aceeași dependență de temperatură ca și ρ. Se dovedește:

R = R 0 (1 + αΔT), unde R 0 este rezistența inițială și R este rezistența după modificarea temperaturii T.

Să ne uităm la rezistența senzorului de temperatură. Multe termometre funcționează conform acestei scheme. Cel mai comun exemplu este termistorul. Acesta este un cristal semiconductor cu o dependență puternică de temperatură. Dispozitivul este mic, așa că intră rapid în echilibru termic cu partea umană pe care o atinge.

Termometrele se bazează pe măsurarea automată a rezistenței la temperatură a termistorului

Pe baza teoriei electronice clasice a conductivității metalelor, legea Joule-Lenz poate fi explicată.

Mișcarea ordonată a electronilor are loc sub influența forțelor câmpului. Ca mai sus, vom presupune că în momentul ciocnirii cu ionii pozitivi ai rețelei cristaline, electronii își transferă complet energie cinetică. La sfârșitul căii libere, viteza electronului este , iar energia cinetică

(14.9)

Puterea eliberată pe unitatea de volum de metal (densitatea puterii) este egală cu energia unui electron înmulțită cu numărul de ciocniri pe secundă și asupra concentrației de electroni:

(14.10)

Ținând cont de (14.7), avem

- Legea Joule-Lenz în formă diferențială.

Dacă ne interesează energia eliberată de un conductor de lungime ℓ, aria secțiunii transversale S pe o perioadă de timp dt, atunci expresia (14.10) trebuie înmulțită cu volumul conductorului V=St și timpul dt:

Având în vedere că
(unde R este rezistența conductorului), obținem legea Joule-Lenz sub forma

§ 14.3 Dependenţa rezistenţei metalului de temperatură. Supraconductivitate. Legea Wiedemann-Franz

Rezistența specifică depinde nu numai de tipul de substanță, ci și de starea acesteia, în special de temperatură. Dependența rezistivității de temperatură poate fi caracterizată prin specificarea coeficientului de temperatură al rezistenței unei substanțe date:

(14.11)

Oferă o creștere relativă a rezistenței cu o creștere a temperaturii cu un grad.

Figura 14.3

Coeficientul de temperatură al rezistenței pentru o anumită substanță este diferit la diferite temperaturi. Aceasta arată că rezistivitatea nu se modifică liniar cu temperatura, ci depinde de aceasta într-un mod mai complex.

ρ=ρ 0 (1+αt) (14,12)

unde ρ 0 este rezistivitatea la 0ºС, ρ este valoarea sa la temperatura tºС.

Coeficientul de temperatură al rezistenței poate fi pozitiv sau negativ. Pentru toate metalele, rezistența crește odată cu creșterea temperaturii și, prin urmare, pentru metale

α >0. Pentru toți electroliții, spre deosebire de metale, rezistența scade întotdeauna la încălzire. Rezistența grafitului scade și ea odată cu creșterea temperaturii. Pentru astfel de substanțe α<0.

Pe baza teoriei electronice a conductivității electrice a metalelor, este posibil să se explice dependența rezistenței conductorului de temperatură. Pe măsură ce temperatura crește, rezistivitatea acesteia crește și conductivitatea electrică scade. Analizând expresia (14.7), vedem că conductivitatea electrică este proporțională cu concentrația electronilor de conducere și cu calea liberă medie. <ℓ> , adică cu atât mai mult <ℓ> , cu atât mai puține coliziuni interferențe prezintă mișcarea ordonată a electronilor. Conductivitatea electrică este invers proporțională cu viteza termică medie < υ τ > . Viteza termică crește proporțional cu creșterea temperaturii
, ceea ce duce la scăderea conductivității electrice și la creșterea rezistivității conductorilor. Analizând formula (14.7), se poate explica și dependența lui γ și ρ de tipul conductorului.

La temperaturi foarte scăzute, de ordinul 1-8°K, rezistența unor substanțe scade brusc de miliarde de ori și practic devine zero.

Acest fenomen, descoperit pentru prima dată de fizicianul olandez G. Kamerlingh-Onnes în 1911, se numește supraconductivitate . În prezent, supraconductivitatea a fost stabilită într-un număr de elemente pure (plumb, staniu, zinc, mercur, aluminiu etc.), precum și într-un număr mare de aliaje ale acestor elemente între ele și cu alte elemente. În fig. Figura 14.3 prezintă schematic dependența rezistenței supraconductoarelor de temperatură.

Teoria supraconductivității a fost creată în 1958 de N.N. Bogolyubov. Potrivit acestei teorii, supraconductivitatea este mișcarea electronilor într-o rețea cristalină fără ciocniri între ele și cu atomii rețelei. Toți electronii de conducție se mișcă ca un flux al unui fluid ideal neviscid, fără a interacționa între ei sau cu rețeaua, de exemplu. fără a experimenta frecare. Prin urmare, rezistența supraconductoarelor este zero. Un câmp magnetic puternic, care pătrunde într-un supraconductor, deviază electronii și, întrerupând „fluxul laminar” al fluxului de electroni, provoacă ciocnirea electronilor cu rețeaua, adică. apare rezistența.

În starea supraconductoare, cuantele de energie sunt schimbate între electroni, ceea ce duce la crearea unor forțe atractive între electroni care sunt mai mari decât forțele de respingere Coulomb. În acest caz, perechile de electroni (perechile Cooper) sunt formate cu momente magnetice și mecanice compensate reciproc. Astfel de perechi de electroni se mișcă în rețeaua cristalină fără rezistență.

Una dintre cele mai importante aplicații practice ale supraconductivității este utilizarea sa în electromagneți cu o înfășurare supraconductoare. Dacă nu ar exista un câmp magnetic critic care să distrugă supraconductivitatea, atunci cu ajutorul unor astfel de electromagneți ar fi posibil să se obțină câmpuri magnetice de zeci și sute de milioane de amperi pe centimetru. Este imposibil să se obțină câmpuri constante atât de mari folosind electromagneți convenționali, deoarece acest lucru ar necesita puteri colosale și ar fi practic imposibil să se elimine căldura generată atunci când înfășurarea absoarbe puteri atât de mari. Într-un electromagnet supraconductor, consumul de energie al sursei de curent este neglijabil, iar consumul de energie pentru răcirea înfășurării la temperatura heliului (4,2 °K) este cu patru ordine de mărime mai mică decât la un electromagnet convențional care creează aceleași câmpuri. Supraconductivitatea este, de asemenea, utilizată pentru a crea sisteme de memorie pentru mașinile electronice matematice (elemente de memorie criotronică).

În 1853, Wiedemann și Franz au stabilit experimental că că raportul dintre conductivitatea termică λ și conductibilitatea electrică γ pentru toate metalele la aceeași temperatură este același și proporțional cu temperatura lor termodinamică.

Acest lucru sugerează că conductivitatea termică în metale, precum conductivitatea electrică, se datorează mișcării electronilor liberi. Vom presupune că electronii sunt similari unui gaz monoatomic, al cărui coeficient de conductivitate termică, conform teoriei cinetice a gazelor, este egal cu

(14.13)

(n este concentrația atomilor, m este masa atomului,<ℓ>-calea libera medie a unui electron, c V -caldura specifica).

Pentru gaz monoatomic

(k este constanta lui Boltzmann, M este masa molară).

(14.14)

Din ecuațiile (14.7) și (14.14) găsim raportul dintre conductibilitatea termică și conductibilitatea electrică a metalului:

(14.15)

Din teoria cinetică a gazelor se ştie că
, Atunci

(14.16)

(k și e sunt valori constante).

Prin urmare, raportul dintre conductibilitatea termică și conductibilitatea electrică a metalului este proporțional cu temperatura termodinamică, care a fost stabilită prin legea Wiedemann-Franz. Deoarece k =1,38∙10 -23 J/K; e = 1,6∙10 -19 C, atunci

(14.17)

Legea Wiedemann-Franz pentru majoritatea metalelor este îndeplinită la o temperatură de 100-400 K, dar la temperaturi scăzute legea este încălcată semnificativ. Există metale (beriliu, mangan) care nu respectă deloc legea Wiedemann-Franz. O cale de ieșire din contradicțiile insurmontabile a fost găsită în teoria electronică cuantică a metalelor.

« Fizica - clasa a X-a"

Care mărime fizică numită rezistență
De ce și cum depinde rezistența unui conductor metalic?

Substanțe diferite au rezistivități diferite. Rezistența depinde de starea conductorului? la temperatura lui? Experiența ar trebui să dea răspunsul.

Dacă treceți curentul de la baterie printr-o spirală de oțel și apoi începeți să îl încălziți în flacăra arzătorului, ampermetrul va indica o scădere a puterii curentului. Aceasta înseamnă că pe măsură ce temperatura se schimbă, rezistența conductorului se modifică.

Dacă la o temperatură de 0 °C, rezistența conductorului este egală cu R 0, iar la o temperatură t este egală cu R, atunci modificarea relativă a rezistenței, după cum arată experiența, este direct proporțională cu modificarea temperaturii. t:

Coeficientul de proporționalitate α se numește coeficient de temperatură al rezistenței.

Coeficient de rezistență la temperatură- o valoare egală cu raportul dintre modificarea relativă a rezistenței conductorului și modificarea temperaturii acestuia.

Caracterizează dependența rezistenței unei substanțe de temperatură.

Coeficientul de temperatură al rezistenței este numeric egal cu modificarea relativă a rezistenței conductorului atunci când este încălzit cu 1 K (cu 1 °C).

Pentru toți conductorii metalici, coeficientul α > 0 și se modifică ușor cu temperatura. Dacă intervalul de modificare a temperaturii este mic, atunci coeficientul de temperatură poate fi considerat constant și egal cu valoarea sa medie pe acest interval de temperatură. Pentru metale pure

Pentru soluțiile de electroliți, rezistența nu crește odată cu creșterea temperaturii, ci scade. Pentru ei α< 0. Например, для 10%-ного раствора поваренной соли α = -0,02 К -1 .

Când un conductor este încălzit, dimensiunile lui geometrice se modifică ușor. Rezistența unui conductor se modifică în principal datorită modificării rezistivității acestuia. Puteți găsi dependența acestei rezistivități de temperatură dacă înlocuiți valorile din formula (16.1) Calculele duc la următorul rezultat:

ρ = ρ 0 (1 + αt), sau ρ = ρ 0 (1 + αΔТ), (16.2)

unde ΔT este modificarea temperaturii absolute.

Deoarece a se modifică puțin cu modificările temperaturii conductorului, putem presupune că rezistivitatea conductorului depinde liniar de temperatură (Fig. 16.2).

Creșterea rezistenței poate fi explicată prin faptul că, odată cu creșterea temperaturii, amplitudinea vibrațiilor ionilor la nodurile rețelei cristaline crește, astfel încât electronii liberi se ciocnesc mai des cu ei, pierzând astfel direcția de mișcare. Deși coeficientul a este destul de mic, luarea în considerare a dependenței rezistenței de temperatură la calcularea parametrilor dispozitivelor de încălzire este absolut necesară. Astfel, rezistența filamentului de wolfram al unei lămpi cu incandescență crește de peste 10 ori atunci când curentul trece prin ea din cauza încălzirii.

Pentru unele aliaje, de exemplu, un aliaj de cupru și nichel (Konstantin), coeficientul de temperatură de rezistență este foarte mic: α ≈ 10 -5 K -1; Rezistivitatea lui Konstantin este ridicată: ρ ≈ 10 -6 Ohm m. Astfel de aliaje sunt utilizate pentru fabricarea de rezistențe standard și de rezistențe suplimentare pentru instrumente de măsurare, adică în cazurile în care este necesar ca rezistența să nu se schimbe semnificativ cu fluctuațiile de temperatură.

Există și metale, de exemplu nichel, staniu, platină etc., al căror coeficient de temperatură este semnificativ mai mare: α ≈ 10 -3 K -1. Dependența rezistenței lor de temperatură poate fi folosită pentru a măsura temperatura în sine, ceea ce se face în termometre de rezistență.

Dispozitivele fabricate din materiale semiconductoare se bazează și pe dependența rezistenței de temperatură - termistori. Ele se caracterizează printr-un coeficient mare de rezistență la temperatură (de zeci de ori mai mare decât cel al metalelor) și stabilitatea caracteristicilor în timp. Valorile nominale ale termistorului sunt semnificativ mai mari decât termometrele cu rezistență metalică, de obicei 1, 2, 5, 10, 15 și 30 kΩ.

De obicei, sârma de platină este luată ca element principal de lucru al unui termometru de rezistență, a cărui dependență de rezistență de temperatură este bine cunoscută. Modificările de temperatură sunt deduse din modificarea rezistenței firului, care poate fi măsurată. Astfel de termometre fac posibilă măsurarea temperaturilor foarte scăzute și foarte ridicate atunci când termometrele convenționale pentru lichide nu sunt adecvate.

Supraconductivitate.

Rezistența metalelor scade odată cu scăderea temperaturii. Ce se întâmplă când temperatura se apropie de zero absolut?

În 1911, fizicianul olandez H. Kamerlingh-Onnes a descoperit un fenomen remarcabil - supraconductivitate. El a descoperit că atunci când mercurul este răcit în heliu lichid, rezistența acestuia se modifică mai întâi treptat, iar apoi la o temperatură de 4,1 K scade foarte brusc la zero (Fig. 16.3).

Fenomenul de scădere a rezistenței unui conductor la zero la o temperatură critică se numește supraconductivitate.

Descoperirea lui Kamerlingh Onnes, pentru care a fost premiat în 1913 Premiul Nobel, a presupus studii ale proprietăților substanțelor la temperaturi scăzute. Mai târziu, au fost descoperiți mulți alți supraconductori.

Supraconductivitatea multor metale și aliaje se observă la temperaturi foarte scăzute – începând de la aproximativ 25 K. Tabelele de referință dau temperaturile de tranziție la starea supraconductivă a unor substanțe.

Temperatura la care o substanță intră în stare supraconductoare se numește temperatura critică.

Temperatura critică depinde nu numai de compozitia chimica substanță, dar și asupra structurii cristalului în sine. De exemplu, staniul gri are o structură de diamant cu cubic rețea cristalinăși este un semiconductor, iar staniul alb are o celulă unitară tetragonală și este un metal alb-argintiu, moale, ductil, capabil să treacă într-o stare supraconductoare la o temperatură de 3,72 K.

Pentru substanțele în stare supraconductoare, s-au observat anomalii ascuțite în proprietăți magnetice, termice și o serie de alte proprietăți, așa că este mai corect să vorbim nu despre o stare supraconductoare, ci despre o stare specială a materiei observată la temperaturi scăzute.

Dacă se creează un curent într-un conductor inel care se află într-o stare supraconductivă și apoi sursa de curent este îndepărtată, atunci puterea acestui curent nu se schimbă pentru o perioadă de timp. Într-un conductor obișnuit (nesuperconductor), curentul electric se oprește în acest caz.

Supraconductorii sunt folosiți pe scară largă. Astfel, se construiesc electromagneți puternici cu înfășurare supraconductoare, care creează un câmp magnetic pe perioade lungi de timp fără a consuma energie. La urma urmelor Nu există generare de căldură în înfășurarea supraconductoare.

Cu toate acestea, este imposibil să se obțină un câmp magnetic arbitrar puternic folosind un magnet supraconductor. Un câmp magnetic foarte puternic distruge starea supraconductoare. Un astfel de câmp poate fi creat și de un curent în supraconductorul însuși. Prin urmare, pentru fiecare conductor în stare supraconductivă, există o valoare critică a curentului, care nu poate fi depășită fără a încălca starea supraconductoare.

Magneții supraconductori sunt utilizați în acceleratoare particule elementare, generatoare magnetohidrodinamice care convertesc energia mecanică a unui jet de gaz ionizat fierbinte care se mișcă într-un câmp magnetic în energie electrică.

O explicație a supraconductivității este posibilă numai pe baza teoriei cuantice. A fost dat abia în 1957 de oamenii de știință americani J. Bardin, L. Cooper, J. Schrieffer și omul de știință sovietic, academicianul N. N. Bogolyubov.

În 1986, a fost descoperită supraconductibilitatea la temperatură înaltă. S-au obținut compuși oxizi complecși de lantan, bariu și alte elemente (ceramice) cu o temperatură de tranziție la starea supraconductivă de aproximativ 100 K. Acesta este mai mare decât punctul de fierbere al azotului lichid presiunea atmosferică(77 K).

Supraconductivitatea la temperatură ridicată în viitorul apropiat va duce cu siguranță la o nouă revoluție tehnică în întreaga inginerie electrică, ingineria radio și proiectarea computerelor. În prezent, progresul în acest domeniu este împiedicat de necesitatea de a răci conductorii până la punctul de fierbere al gazului scump heliu.

Mecanismul fizic al supraconductivității este destul de complex. Se poate explica foarte simplu astfel: electronii se unesc intr-o linie regulata si se misca fara a se ciocni cu o retea cristalina formata din ioni. Această mișcare diferă semnificativ de mișcarea termică obișnuită, în care un electron liber se mișcă haotic.

Se speră că va fi posibil să se creeze supraconductori la temperatura camerei. Generatoarele și motoarele electrice vor deveni extrem de compacte (mai mici de câteva ori) și economice. Electricitatea poate fi transmisă pe orice distanță fără pierderi și acumulată în dispozitive simple.