Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
результате опытов того же типа на олове, это предположение было
исключено. В целом эксперименты с ртутью не дали ответа на поставленный
вопрос.
Однако, как установил Дамерлинг-Оннес, ртуть являлась не вполне
подходящим объектом для систематических исследований. "Совместное
действие многих обстоятельств приводило к трудностям при работе с ртутью
в капиллярах. День эксперимента с жидким гелием требовал огромной
подготовки, и, когда дело доходило непосредственно до описанных здесь
экспериментов, на них оставалось лишь несколько часов. Чтобы при этих
условиях проводить точные измерения с жидким гелием, необходимо заранее
наметить программу и быстро и методично выполнять ее в день эксперимента.
Изменения в постановке эксперимента, необходимость которых вызывалась
наблюдаемыми явлениями, приходилось обычно вносить на следующий день...
Зачастую, в связи с некоторой задержкой, обусловленной трудоемкостью
процесса изготовления сопротивлений, гелиевая уста-
68
новка использовалась для каких-либо других целей. Когда же мы могли снова
заняться экспериментом, случалось, что приготовленные сопротивления
оказывались бесполезными, так как при замораживании ртути нить
разрывалась, и все наши усилия становились напрасными. В этих условиях
для Того, чтобы обнаружить и исключить источники неожиданных и вводящих в
заблуждение помех, требовалось очень большое время."
Кроме того, желательно было охлаждать образец не через стенку капилляра,
а путем его прямого контакта с жидким гелием. Поэтому, когда Камерлинг-
Оннес обнаружил, что олово и свинец обладают свойствами, сходными со
свойствами ртути, он продолжил эксперименты с этими двумя металлами.
Именно тогда поставленная проблема и была решена. По существу, надежда на
ее решение возникла уже при проведении опытов, в которых была обнаружена
сверхпроводимость свинца. Из него можно было легко изготовить проволоку,
и было сделано довольно большое количество провода с поперечным сечением
V70 мм2. Для одиночного проводника такого размера пороговое значение тока
при 4,25 К составляло 8 А. Далее этим проводом на сердечнике диаметром 1
см была намотана катушка длиной 1 см,-содержащая 1000 витков. Обмотка
имела шелковую изоляцию, которая смачивается жидким гелием. Как
оказалось, пороговое значение тока составляло лишь 0,8 А.
В 1913 г. интерес к получению сильных магнитных полей уже был достаточно
велик, причем не вызывало сомнений, что основная проблема связана с
рассеянием мощности в обмотке. Например, Перрен предложил использовать
для охлаждения жидкий воздух; ожйдалось, что благодаря уменьшению
сопротивления обмотки с понижением температуры уменьшится количество
выделяемого в ней тепла, что даст определенный выигрыш. Расчеты показали,
однако, что выигрыша таким путем не достичь; в первую очередь это
обусловлено тем, что весьма трудно добиться требуемой теплопередачи между
предположительно компактной катушкой и охладителем. Камерлинг-Оннес
правильно оценил возможности использования с этой целью сверхпроводников,
обратив внимание на то, что в них тепло вообще не должно
69
выделяться. Говоря об этом, он, однако, допускал "возможность того, что
магнитное поле может привести к возникновению сопротивления в
сверхпроводнике". И он приступил к исследованию этого вопроса.
"Были причины предполагать, что этот эффект окажется слабым... Прямое
доказательство того, что в сверхпроводниках под действием магнитного поля
возникает лишь незначительное сопротивление, было получено, когда
оказалось, что описанная выше катушка остается сверхпроводящей, если даже
через нее проходит ток 0,8 А. Поле самой катушки достигало в этом случае
нескольких сотен гаусс, и в поле такого порядка величины находилась
большая часть витков, однако никакого сопротивления не наблюдалось".
Поэтому Камерлинг-Оннес создал такую установку для проведения этих
экспериментов, которая позволила бы изучать явления, наблюдаемые лишь в
полях порядка килогаусс.
Результаты вновь оказались неожиданными. Сверхпроводящую свинцовую
катушку, использованную в предшествующих опытах, помещали в криостат так,
что плоскость витков была параллельна магнитному полю.
"Прежде всего мы убедились в Том, что катушка будет сверхпроводящей в
точке кипения гелия; она оставалась сверхпроводящей и тогда, когда через
нее пропускали ток 0,4 А, хотя витки находились в заметном магнитном
поле, создаваемом протекающим в них током.
Затем было приложено магнитное поле. При величине поля 10 кГс
существовало значительное сопротивление, при 5 кГс оно было несколько
меньше. Эти опыты достаточно убедительно показали, что магнитное поле при
большой интенсивности вызывает появление сопротивления в
сверхпроводниках, а при малой - нет. В ходе дальнейших исследований была
получена зависимость сопротивления от поля (сопротивление выражено в
относительных единицах сопротивления при 0°С), схематически изображенная
на рис. [4.6]".
Камерлинг-Оннес еще не был готов к тому, чтобы связать критический ток с
