O`ta o`tkazuvchanlik holatidagi modda xossalari

O`ta o`tkazuvchanlik holatidagi modda xossalari.
Hozirgi paytgacha o`ta o`tkazuvchanlik hodisasi ustida keng miqyosda izlanishlar olib borilmoqda va bu hodisani tushuntirish borasida katta yutuqlarga erishilgan. O`rganishlar asosida hozirgi vaqtda yigirmadan ortiq sof metallar, yuzdan ortiq qotishma va ximiyaviy birikmalardan iborat o`ta o`tkazgichlar aniqlangan. Shu narsa qizikki, odatdagi temperaturalarda eng yaxshi o`tkazgichb bo`lib hisoblanadigan metallar absolyut nol temperaturada o`ta o`tkazgichlarga aylanmaydi.
Metallning o`ta o`tkazuvchanlik holatiga o`tish temperaturasi kritik temperature Tk deb yuritiladi. Masalan, o`ta otkazgichlardan talliy, qalayi va qo`rg`oshin uchun kritik temperatura, mos ravishda 2.35K, 3.73K va 7.19K ga teng.
O`ta o`tkazgich holatning asosiy xususiyati 1933-yilda V.Meyssner va R.Oshenfeld tomonidankashf qilingan va tashqi magnit maydonni o`ta o`tkazgich ichidan itarib chiqarish hodisasi Meyssner effektidan iborat. O`ta o`tkazgich ferromagnitga teskari ideal diamagnetik xossasiga ega. O`ta o`tkazgich ichida magnit maydon nolga teng. Meyssner effektini ichki maydonni o`zgarmasligidan iborat ideal o`tkazuvchanlikning zaruriy sharti deb hisoblash noto`g`ri ekanligini Maksvell tenglamalariga asoslangan analizdan ko`rinadi.
Magnit maydonida o`ta o`tkazuvchanlik hodisasi
Magnitning o`ta o`tkazgich holatini tashqi magnit maydon H ta`sirida buzish mumkin. Maydon kuchlanganligining ushbu qiymatini kritik cheklanganlik H k deyiladi.(1-rasm)
6-rasm. O`ta o`tkazuvchanlik holatiga o`tishda temperaturaning magnit maydonga ta`siri.
Agar bunday moddadan berk zanjir yasab, unda tok hosil qilinsa , u holda tok zanjirda istagancha uzoq vaqt sirkulyatsiya qilishi mumkin. Chunki tok tashuvchilar o`z energiyasini o`tkazgichni qizdirish uchun sarflamaydi.
Absolyut nolga yaqin temperaturalarda bir qator metall va qotishmalarning elektr qarshiliklari birdaniga sakrab nolga yalanadi, ya`ni modda o`ta o`tkazuvchanlik holatiga o`tadi.
O`ta o`tkazuvchanlik xususiyatiga ega bo`lgan metallarning tashqi magnit matdonga joylashtiraylik va temperaturani pasaytirib boraylik. Kritik temperaturadan yuqori (T T k ) temperaturalarda metalldagi magnit maydon noldan farqli, (T T k ) da esa metalldagi magnit maydon induksiyasi nolga teng (B=0) bo`ladi. (2-rasm)
T T k T T k
7-rasm
Boshqacha aytganda, metal o`ta o`tkazuvchanlik holatga o`tganda magnit iduksiya chiziqlarini o`zidan itarib chiqaradi.
O`ta o`tkazgichdan qilingan biror jismni biz avval sovitib, o`ta o`tkazuvchan holatga keltirib, so`ngra induksiyasi (jism kiritilmaganda) B a = 0 H a ga teng bo`lgan tashqi magnit maydonga kiritdik deylik. Magnit maydon ulanganda o`ta o`tkazgichda
qo`shimcha B i = 0 Hi
induksiya hosil qiluvchi induksion toklar paydo bo`ladi, bu
qo`shimcha induksiya Lens qonuniga muvofiq B a tashqi induksiyani kompensatsiyalaydi. Odatdagi o`tkazgichda induksion toklar darhol so`nadi va faqat magnitlovchi g`altak yuzaga keltirilgan oqimgina qoladi. O`ta o`tkazgich bo`lgan holda esa kompensatsiyalovchi toklar mutloqo so`nmaydi va shuning uchun jism ichida natijaviy induksiya hamma vaqt B=B a +B i =0 bo`ladi. Tashqi fazoda natijaviy induksiya chiziqlari 2-b rasmda ko`rsatilgandek bo`ladi: ularni jism o`zidan itaradi va ularn jismni aylanib o`tadi.
O`ta o`tkazuvchan holatning bu xossasi faqat elektr qarshilikning yo`qolishi bilangina bog`liq emas. Shunday o`tkazgichni ko`z oldimizga keltiraylikki, uning normal metallardan yagona farqi qarshilikning nolga tengligi bo`lsin. So`ngra, dastlab tashqi magnit maydon hosil qilamiz va keyingina o`tkazgichni uning
qarshiligi yo`qolguncha sovitamiz. Bunda tashqi maydon o`zgarmaydi, shuning uchun induksion toklar paydo bo`lmaydi, binobarin, qarshilik yo`qolgandan keyin ham o`tkazgich ichida magnit oqimi saqlanishi kerak. O`ta o`tkazgichlarda bu holda ham magnit oqimi yo`qoladi. Magnit induksiyaning nolga tengligi o`ta o`tkazuvchanlik holatining o`ziga xos alomatidir. Faqat magnitlovchi g`altak tufayli hosil bo`ladigan magnit maydon kuchlanganligi esa nolga teng bo`lmasligi ham mumkin. O`ta o`tkazuvchan modda magnit qabul qiluvchanlik =-1 ga va
magnit singdiruvchanligi mumkin.
1 0
bo`lgan ideal diamagnetikdir deb aytish
Bundan massiv o`ta o`tkazgich ichida tokning zichligi nolga teng bo`lishi kelib
chiqadi. Haqiqatdan ham, jismning ichida magnit induksiya B= 0 (H a +H i ) ga teng bo`ladi. H a va H i maydonlarning har biri uchun magnit kuchlanish haqidagi teorema o`rinli bo`ladi va shuning uchun ixtiyoriy berk L kontur bo`ylab B dan
olingan integralni hisoblasak, shunday yozish mumkin:
Bedl 0i
Bundan i-kattalik L-kontur bilan chegaralangan ixtiyoriy sirt bo`ylab oquvchi tokning to`la kuchi. Agar L butunicha o`ta o`tkazgich ichida yotsa, u holda kontur bo`ylab olingan integral nolga teng, chunki konturning ixtiyoriy nuqtasida B e =0, binobarin, i=0. O`ta o`tkazuvchi yaxlit jismda tok jismning yupqa sirtqi qatlamidagina to`plnishi mumkin.
Agar jism uzun slindr shaklidagi sim bo`lsa, u holda tashqi fazodagi H magnit maydon tokning simning kesimi bo`ylab qanday taqsimlanishiga bog`liq bo`lmaydi, balki to`liq tok kuchi bilangina aniqlanadi. To`g`ri simning sirtida
magnit maydon kuchlanganligi H s =
i
2a
bo`ladi, bu yerda a-simning radiusi.
Simning tashqarisidan ichiga o`tishda B tez (eksponensial ravishda) 0 gacha kamayadi. Fazoda induksiya taqsimoti 3-rasmda ko`rsatilgandek bo`ladi.
8-rasm: to`g`ri simning o`ta o`tkazuvchan holatdagi magnit induksiyasi
B
r
Sirtdan B kattalik e marta kamayadigan chuqurlikkacha bo`lgan d masofa induksiyaning kirish chuqurligi deb ataladi. Bu chuqurlik turli moddalar uchun turlicha va temperatura ortish bilan u ham ortadi.
Metallning o`ta o`tkazgich holatiga o`tishi uning o`tkazuvchanlik zonasidagi elektron harakati bilan boshqa xossalari ham o`zgaradi. Jumladan, metallning issiqlik o`tkazuvchanligi, elektron issiqlik sig`imi, termoelektr yurituvchi kuch va magnit rezonans effektlarida keskin o`zgarish yuz beradi. Ushbu o`zgarishlar metallning o`ta o`tkazgich holati uning elektron strukturasini sifat jihatdan o`zgarishi bilan yuz berishini ko`rsatadi. Ayni holda, metallning holat o`zgarishini past temperaturalarda yuz berishi normal va o`ta o`tkazgich holatlarini bir-biridan energiya va entropiya jihatdan keskin farq qilmasligidan darak beradi. Bu xil holat o`zgarishlari ikkinchi tur faza o`tishlariga kiradi.
|