10.2. Упругая деформация

Деформация – изменение объёма или формы ТТ без изменения его массы под действием внешней силы.

Простейшие виды деформации: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб.

Деформация является упругой, если она исчезает после снятия нагрузки.

Деформация является пластической, если она не исчезает после снятия нагрузки.

Элементарной деформацией при одноосном растяжении цилиндрического образца является удлинение. При приложении растягивающего напряжения образец увеличивается в длине и уменьшается в диаметре. Деформацию выражают в относительных единицах.

Относительная деформация образца:

где – конечная длинна образца, – начальная.

Существуют:

1. Условные деформации (ε)

2. Истинные деформации (e)

Они связаны между собой: пусть весь процесс деформации разбит на отрезки. Сначала образец удленился до , затем до , и так далее. Тогда суммарное удлинение:

Если уменьшать отрезки, на которых расчитывается удлинение, то в итоге истинное значение удлинения будет:

Запишем ε в виде:

И подставив в e:

- связь истинной и условной деформации.

Аналогично напряжению, вводят тензор деформации:

Физически смысл компонент тензора: – удлинения при растяжении отрезков . Остальные – всевозможные повороты линейных элементов вокруг осей x, y или z как по часовой стрелки, так и против неё.

Тема 11: Сверхпроводимость

В 1911 году голландский химик Камерлинг-Оннес, изучая зависимость изменения сопротивления ртути от температуры, установил, что при очень низких температурах сопротивление образца исчезало. Это явление было названо «сверхпроводимостью».

Температура, у которой у образца исчезает сопротивление, называется температурой сверхпроводящего перехода или критической температурой .

Графически переход в сверхпроводящее состояние выглядит так:

К настоящему времени сверхпроводимость обнаружена примерно у половины металлических элементов, большого числа металлических соединений, и у некоторых специальных условиях – у ряда полупроводников.

11.1. Свойства сверхпроводников

1. Нулевое сопротивление.

При сопротивление сверхпроводника = 0, что означает, что если через сверхпроводящее кольцо пропустить ток, и отключить это кольцо от источника, то ток сохраняется в кольце бесконечно долго.

2. Кристаллическая структура.

Изучение кристаллической структуры сверхпроводников рентгеновскими методами показало, что при никаких изменений ни в симметрии решётки, ни в её параметрах не происходит. Кроме того, свойство твёрдого тела, зависящее от колебаний решётки (теплоёмкость) так же не изменяются. Это позволило сделать вывод, что сверхпроводимость не связана с изменениями кристаллической структуры.

3. Электронный вклад в теплоёмкость

В сверхпроводнике при происходит скачок теплоёмкости без появления скрытой теплоты, т.е. сверхпроводящий переход является переходом второго рода. Кроме того, при обнаружено, что решёточный вклад в теплоёмкость остаётся таким же, как и для нормального металла, а вклад электронного газа существенно изменяется, следовательно сверхпроводимость связана с существенными изменениями поведения электронов проводимости.

4. Изотопический эффект.

В 1950 году Максвеллом и независимо от него Рейальдсом было установлено, что образцы сверх проводника, изготовленные из различных изотопов одного и того же элемента, обладают различными ТС. Этот эффект говорит от том, что хот кристаллическая решётки и не меняется, она играет существенную роль в изменении свойств электронного газа. Температура от массы изотопа:

Эта зависимоть показывает, что важное значение имеет зависимоть тепературы от колебаний решётки. Других зависимостей нет.

5. Эффект Мейснера-Оксинфельда

Изучая поведение сверхпроводников в магнитном поле, учёные установили .что если образец охлаждать в магнитном поле до , то в точке сверхпроводящего перехода магнитное поле выталкивается из образца. Т.о. магнитная индукция B = 0, т.е. проводник является идеальным диамагнеником.

6. Магнитные свойства

По ним сверхпроводники делятся:

1. Сверхпроводники 1 рода

2. 2 рода

Эффект Ме-Ок наблюдается у проводников 1 рода, к которым относятся все, кроме ниобий. Сверхпроводники второго рода: ниобий, сверхпроводящие сплавы и зим соединения, не обнарживают эффекта Ме-Ок. Магнитное поле в них проникает, но своеобразном образом.

Сверхпроводимость можно разрушить магнитным полем с напряжённостью Н, которое зависито от тмпературы.

7. Эффекты Джосесона (1962 г.) Различают:

   1. Станионарный эффект Джозефса.

   2. Нестационарный.

Рассмотрим: «а) отличается тем, что проводящий ток модет теч в отсутствие э/поля через щесь с двум полупроводниками, заполненну изоляторами, если толщина изолятора мала (1..2 нм).Это означает, что сверхпровдящие электроны могут тунелировать черз тонкие независимые слои.

«б»): елси увеличивать ток через описываемый в (а) контакт сверхпроводников, то он достигает некоторого моксимального значения, поселе чего на контакте поялвся электрическое напрядение U.Согласно предсказанием джозефсена, в этих уловиях на контакте должен появиться высокочастотный меременный ток, с частотой:

Эффекты «а» и «б» подтверждены экспериментально и положены в основу точного метода измерения напряжений.

Νβ: в эффектах Джозенсона проляется важнейшее свойство полупроводника – согласованное когерентное поведение электронов: электроны 2х сверх проводников с помощью слабой связи (слоя изолятора) объединились в единый квантовый коллектив.

8. Поглощение электромагнитного излучения сверхпроводниками.

При в сверхпроводниках возникает поглощение электромагнитных волн при частотах > 10¹¹ Гц. Аналогичный «край поглощения» существует и в полупроводниках . Он связан там с перебросом электронов через запрещённую зону. Существование края поглощения в сверхпроводниках свидетельствует о существовании в их спектре некоторой энергетической щели. В отличие от полупроводников, её ширина мала (порядка 10^-4 эВ). Если эту величину выразить через kT, то температура Т должна быть порядка 1°К, что соответствует критическим температурам сверхпроводящего электрона.