33.Сверхпроводники и криопроводники.

Сверхпроводники. При понижении темпера­туры удельное сопротивление р металлов уменьшается. В 1911 г. голландский ученый X. Каммерлинг-Оннес обнаружил, что при охлаждении до температуры 4,2 К со­противление кольца из замороженной ртути внезапно, резким скачком падает до чрезвычайно малого значения. Это явлении было названо сверхпроводимостью, а температура— температурой сверх­проводникового перехода Т_С. Переход в сверхпроводящее состояние является обратимым: при повышении температуры до значения Т_с сверхпроводимость разрушается и материал переходит в нормаль­ное (не сверхпроводящее) состояние. В дальнейшем были обнаружены многие другие материалы, и притом не только чистые металлы, но и различные сплавы и химические соединения, способные при охлаждении до достаточно низкой температуры переходить в сверх­проводящее состояние. Такие материалы получили общее название сверхпроводников. В настоящее время известно уже 27 простых сверхпроводников (чистых металлов) и более тысячи сложных сверхпроводников (сплавов и соединений). на рисунке – изменение сопротивления при глубоком охлаждении образцов ртути (сверхпроводник) и платины (несверхпроводник).

К риопроводники. Помимо явления сверхпроводимости, в совре­менно электротехнике все шире используется явление криопроводимости, т. е. достижение некоторыми металлами весьма малой удельной проводимости при криогенных температурах (но более высоких, чем температура сверхпроводникового перехода, если данный металл вообще принадлежит к сверхпроводникам). Мате­риалы, обладающие особо благоприятными свойствами для приме­нения в качестве проводников в условиях криогенных температур, называются криопроводниками или гиперпроводниками. Весьма малое, но все же ко­нечное значение удельного со­противления криопроводника при его рабочей температуре ог­раничивает допустимую плот­ность тока в нем, хотя эта плотность может быть намного выше, чем в обычных проводни­ках при нормальной или повы­шенной температуре. Однако применение криопроводников в электрических машинах, аппаратах, кабелях и т. п. имеет и свои преимущества, при­том весьма существенные. В то время как в сверхпроводниковых устройствах в качестве ох­лаждающего агента применяется жидкий гелий, рабочая тем­пература криопроводников достигается применением более вы­сококипящих и дешевых хладоагентов: жидкого водорода или даже жидкого азота; это значительно упрощает и удешевляет выполнение и эксплуатацию устройства. Кроме того, в сверхпро­водниковом устройстве, например электромагните, по обмотке которого проходит сильный ток, накапливается большая энергия. Если из-за случайного повышения температуры или магнитной индукции хотя бы на малом участке сверхпроводящего контура сверхпроводимость будет разрушена, внезапно освободится большое количество энергии, что может вызвать серьезную аварию. В случае же криопроводниковой цепи повышение температуры вызовет лишь постепенное возрастание сопротивления этой цепи без эффекта взрыва. Во всех случаях для получения криопроводниковых материалов требуется высокая чистота металла и отсутствие наклепа (отожжен­ное состояние). Вредное влияние примесей и наклепа на ρ металлов при криогенных температурах сказывается много сильнее, чем при нормальной температуре. Криопроводники могут с успехом исполь­зоваться для обмоток электрических машин и трансформаторов, для токопроводящих жил кабелей и т. п.