Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
504
IV.9. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА
ского намагничивания и связана с параллельной ориентацией векторов намагниченности доменов в результате изменения условий равновесия между узлами кристаллической решетки. Магнитострикционными колебаниями называют механические колебания, возникающие в ферромагнетиках при их намагничивании в периодически изменяющемся магнитном поле. Они используются в ультразвуковых магнитострикцион-ных вибраторах. У ферромагнетиков наблюдается явление, обратное магнитострикции, — изменение намагниченности при деформациях.
16°. Ферритами называют химические соединения окиси железа с окислами других металлов. Они отличаются заметными ферромагнитными свойствами и являются плохими проводниками электричества. Употребляются для магнитных цепей в устройствах, работающих при высоких частотах (малые потери на вихревые токи).
7. СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ
1°. Сверхпроводимостью называют явление исчезновения (т. е. обращения в ноль) удельного электрического сопротивления некоторых веществ при их охлаждении ниже некоторой температуры Tc, характерной для каждого вещества. Вещества, обладающие таким свойством, называют сверхпроводниками, а температуру Tc — критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние.
К сверхпроводникам принадлежат некоторые металлы (ртуть, ниобий, свинец, таллий, алюминий и др.), многие металлические сплавы и соединения.
Наибольшие значения критической температуры Tc у чистых металлов (ниобий) не превосходят 9,2 К, а у сплавов 23,2 К. В последние годы интенсивно исследуют оксидные соединения с высокой температурой Tc, близкой к 100 К.
2°. Для разных изотопов одного и того же сверхпроводящего металла значения температуры Tc различны: Tc уменьшается при увеличении атомной массы изотопа. Эту зависимость Tc от изотопного состава металла называют изотопическим эффектом.
IV.9.7. СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ
505
B = O
Рис. IV.9.5
3°. Особые магнитные свойства сверхпроводников проявляются в эффекте Мейснера: при переходе массивного проводника, находящегося в постоянном внешнем магнитном поле, это поле вытесняется из объема проводника (рис. IV.9.5). Эффект Мейснера объясняется экранирующим действием незатухающих токов, идущих в очень тонком поверхностном слое сверхпроводящего образца. Толщина этого слоя Д ~ IO-8—IO-7 м характеризует также глубину проникновения в сверхпроводник внешнего магнитного поля. Сверхпроводящий цилиндрический образец, показанный на рис. IV.9.5, подобен идеальному диамаг-нетку с у. — 0 и магнитной восприимчивостью к = -1.
He
Hc
Нормальное
состояние
-Сверхпро-:
; водящее !состояние^
Рис. IV.9.6
4°. При значениях температуры Г < T1c, увеличивая напряженность H внешнего магнитного поля, можно вызвать переход цилиндрического образца (см. рис. IV.9.5) из сверхпроводящего состояния О в нормальное. Соответствующее этому переходу магнитное поле напряженностью Hc называют критическим полет. Hc — 0 при T = TcVi увеличивается с понижением температуры образца. При. T = 0 Hc достигает максимального значения, равного H0. Если H > Hc, то образец находится в нормальном состоянии, а при H < Hc — в сверхпроводящем. Соответствующая фазовая диаграмма, характерная для сверхпроводников 1-го рода (например, для свинца, тантала, олова и др.), изображена на рис. IV.9.6.
Критическое магнитное поле может быть создано за счет пропускания через сверхпроводник достаточно сильного электрического тока, вызывающего таким образом переход проводника из сверхпроводящего состояния в нормальное. Изотермический переход вещества из сверхпроводящего состояния при T ~ const < Tc в нормальное под действием магнитного поля представляет собой фазовый переход 1-го рода. Он связан с по-
506
IV.9. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА
глощением теплоты и скачкообразным изменением свободной энергии и теплоемкости вещества.
5°. В случае сверхпроводников 2-го рода (например, ниобия, сплава Nb3Sn и др.) зависимость фазового состояния вещества от параметров состояния — температуры T и напряженности H внешнего магнитного поля — более сложная. На рис. IV.9.7 изображена фазовая диаграмма для цилиндрического образца (рис. IV.9.5), изготовленного из сверхпроводника 2-го рода. ПриT 'TcViH > Hc2 вещество находится в нормальном состоянии. При напряженности внешнего поля H = Hc2 происходит фазовый переход вещества цилиндрического образца из нормального состояния в смешанное. Это состояние характеризуется тем, что образец дробится на одновременно существующие небольшие области двух типов. В областях первого типа, обладающих обычной проводимостью, магнитное поле остается, а в областях второго типа магнитное поле исчезает, так как в них вещество переходит в сверхпроводящее состояние. За счет вторых областей образец становится сверхпроводящим. Магнитное поле вытесняется из всего объема образца только при уменьшении значения напряженности магнитного поля до H = Hcl, когда полностью реализуется эффект Мейснера. У сверхпроводников 2-го рода значения Hc2 во много раз превосходят значения Hc у сверхпроводников 1-го рода. Поэтому сверхпроводники 2-го рода используют для изготовления сверхпроводящих соленоидов, позволяющих получать сильные магнитные поля.