4.4. Температурный коэффициент линейного расширения

проводников.

Значение этого коэффициента

(4.10)

где - произвольный линейный размер изделия из данного материа­ла) интересно не только с точки зрения работы различных сопряжен­ных материалов в той или иной конструкции (возможность растрескивания или нарушения вакуум-плотного соединения со стеклами, кера­микой и др. при изменении температуры и т.п.). Оно необходимо также для расчета температурного коэффициента электрического сопро­тивления провода

TKR = TK - TKl (4.11)

Для чистых металлов, обычно ТК1<< ТК, т.е. для них можно считать приближенно ТKR = ТК. Однако для сплавов, имеющих малый ТК формула (4.11) имеет существенное практическое значение.

Значение ТКl твердых металлов возрастает при повышении тем­пературы и приближении к температуре плавления. Поэтому при нор­мальной температуре легкоплавкие металлы обычно имеют сравни­тельно высокие, а тугоплавкие сравнительно низкие значения ТКl.

4.5. Механические свойства проводников.

Эти свойства характеризуются пределом прочности при растяже­нии _р, относительным удлинением при разрыве l/l, хрупкостью, твер­достью и другими параметрами.

Механические свойства металлических проводников в весьма боль­шой степени зависят от механической и термической обработки, от наличия примесей и т. п. Отжиг приводит к существенному уменьше­нию _р увеличению l/l; это можно видеть на примере меди.

4.6. Криопроводимость и сверхпроводимость.

При снижении температуры в металлических проводниках уменьшается амплитуда ангармонических тепловых колебаний узлов кристаллической решетки. Вследствие этого уменьшается вероятность столкновения дрейфующих под действием электрического поля электронов с этими узлами, и величина сопротивления проводника уменьшается (выражение 4.1.).

При достижении критических температур (ниже 100 К) удельная проводимость металлов возрастает в сотни и тысячи раз по сравнению с проводимостью при нормальной температуре. Подобное явление получило название криопроводимости или гиперпроводимости, а материалы этими свойствами соответственно называют криопроводниками или гиперпроводниками.

Для достижения особо высоких значений криопроводимости необходима высокая частота и минимальное число искажений кристаллической решетки металла.

В качестве криопроводников наибольшее применение находят медь, алюминий и бериллий.

Как уже отмечалось, при снижении температуры удельное сопротивление металлов уменьшается. Представляет большой интерес электропроводность металлов при температурах близких к абсолютному нулю.

В 1911 году голландский ученый Г. Каммерлинг - Оннес обнаружил, что при охлаждении до температуры 4.2 К сопротивление кольца из замороженной ртути внезапно падает практически до нуля. Это исчезновение электрического сопротивления, т.е. появление бесконечной удельной проводимости материала, было названо сверхпроводимостью.

Температура, при которой совершается переход вещества в сверхпроводящее состояние, называют температурой сверхпроводящего перехода Т_кр. Переход в сверхпроводящее состояние является обратимым.

В дальнейшем помимо ртути явление сверхпроводимости было обнаружено и у других материалов. Такие материалы получили название сверхпроводников.

В настоящее время известно 27 простых сверхпроводников (чистых металлов) и более тысячи сложных (сплавов и соединений). Параметр некоторых сверхпроводников приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2.

Ориентировочные значения свойств некоторых сверхпроводников

Мягкие			Твердые
Материал	Ткр0, К	Вкр0, Т	Материал	Ткр0, К	Вкр0, Т
Алюминий (Al)	1,2	0,010	Сплав 44% Nb+56% Ti	8,7	12
Ртуть (Hg)	4,2	0,041	Сплав 50% Nb+50% Zr	9,5	11
Свинец (Pb)	7,2	0,080	Галлид ванадия V3Ga	14	50
Ниобий (Nb)	9,4	0,195	Станнид ниобия Nb3Sn	18	22

Если сверхпроводники поместить в магнитное поле, то при достижении критического значения напряженности Н_кр состояние сверхпроводимости разрушается. Это может быть вызвано также магнитным полем критического тока I_кр, проходящего по сверхпроводнику.

Очень важным свойством сверхпроводников является эффект вытеснения постоянного магнитного поля из объема сверхпроводника.

В зависимости от поведения в магнитном поле выделяют два основных типа сверхпроводников.

Сверхпроводники I рода (мягкие) характеризуются резким переходом в сверхпроводящее состояние при одном (фиксированным) значением Н_кр. При этом происходит полное вытеснение магнитного поля из объема сверхпроводника.

Сверхпроводники II рода (твердые) характеризуются при переходе в сверхпроводящее состояние двумя значениями Н_кр1 и Н_кр2. Область Н_кр1—Н_кр2 соответствует смешанному состоянию проводимости материала (сверхпроводимость и криопроводимость) и частичному вытеснению магнитного поля из объема материала.

Необходимо отметить, что термины мягкий и твердый не характеризует механических свойств материалов. Эти термины связаны с малым значением Н_кр у «мягких» и высоким значением Н_кр у «твердых» сверхпроводников.

Для конкретного сверхпроводника каждому значению Т_i (Т_i<Т_кр) соответствует свое значение Н_i (Н_i>Н_кр). Совокупность значений Т_i и Н_i разграничивают области сверхпроводящего состояния и состояния обычной проводимости материала.

Физическая сущность явления сверхпроводимости весьма сложна и до конца не изучена. При рассмотрении этого явления необходимо учитывать зонную теорию твердых тел и квантово-механические представления.