siêu dẫn. Lịch sử và bản chất của khám phá khoa học

KHÁM PHÁ KHOA HỌC QUAN TRỌNG NHẤT
Thư viện miễn phí / Cẩm nang / Những khám phá khoa học quan trọng nhất

siêu dẫn. Lịch sử và bản chất của khám phá khoa học

Những khám phá khoa học quan trọng nhất

Cẩm nang / Những khám phá khoa học quan trọng nhất

Ngay cả trong thời cổ đại, người ta đã lưu ý rằng trạng thái tổng hợp của vật chất phụ thuộc vào các điều kiện bên ngoài. Ví dụ nổi bật và minh họa nhất là sự biến nước thành băng và hơi nước. Khí (amoniac) lần đầu tiên được hóa lỏng vào năm 1792 bởi nhà vật lý người Hà Lan M. van Marum. Michael Faraday, bắt đầu từ năm 1823, đã chuyển đổi một số loại khí thành trạng thái lỏng cùng một lúc: clo, sulfur dioxide và carbon dioxide.

Quá trình này không khó, vì các khí trung gian hóa lỏng ở nhiệt độ khá cao. Khí thực sự là một vấn đề khác. Phải mất hơn năm mươi năm cho đến khi họ quản lý để chuyển chúng sang trạng thái lỏng. Năm 1877, R. Pictet và L. Calete thu được oxy lỏng và nitơ lỏng. Ở quy mô công nghiệp, việc hóa lỏng không khí chỉ được thực hiện bởi kỹ sư người Đức K. Linde vào năm 1895.

Bây giờ, có vẻ như, theo sơ đồ đã vạch ra, sẽ dễ dàng chuyển bất kỳ loại khí nào khác sang trạng thái lỏng. Nhưng nó không có ở đó. Thật vậy, phần lớn các chất khí nguội đi trong quá trình giãn nở. Tuy nhiên, hydro, neon và heli cố chấp hoạt động "không trung thực" - chúng nóng lên khi giãn nở.

Một lối thoát đã được tìm thấy vào cuối thế kỷ XIX. Hóa ra, để thu được hydro và helium lỏng, bạn chỉ cần làm lạnh trước chúng ở nhiệt độ tương đối thấp.

Olshevsky ở Krakow, Kamerling-Onnes ở Hà Lan và Dewar ở Anh đồng thời cố gắng thu được hydro lỏng. Dewar đã thắng cuộc thi này: vào ngày 10 tháng 1898 năm 20, ông nhận được 14 phân khối hydro lỏng. Vài tháng sau, anh ta đã thu được hydro rắn. Chỉ có XNUMX độ tách nó khỏi độ không tuyệt đối.

Trí óc thông minh, nghệ thuật thí nghiệm xuất sắc và sự uyên bác tuyệt vời đã giúp James Dewar trở thành một trong những người tiên phong của công nghệ đông lạnh. Đáng chú ý là cả bản thân thuật ngữ này (từ tiếng Hy Lạp "kryos" - lạnh lùng) và "con tàu Dewar" nổi tiếng đều thuộc về ông.

Nhưng heli ngoan cố không chịu khuất phục. Mãi đến ngày 9 tháng 1908 năm 1853, người ta mới nhận được tin Tiến sĩ Heike Kamerling-Onnes (1926-29) từ Đại học Leiden đã hóa lỏng được helium. Anh ta chống lại trực giác và kỹ năng của Dewar bằng một hệ thống, với khả năng của một nhà tổ chức vĩ đại. Phòng thí nghiệm Kamerling-Onnes nổi tiếng ở Leiden, nơi ông trở thành giám đốc ở tuổi XNUMX, được gọi là mô hình viện nghiên cứu đầu tiên của thế kỷ XNUMX.

R. Bakhtamov viết: "Vào cuối thí nghiệm, Kamerling-Onnes đã cố gắng thu được helium rắn. Anh ấy đã thất bại. Anh ấy đã thất bại sau đó, khi đạt đến nhiệt độ 1,38 và sau đó là 1,04 độ Kelvin. Lý do cho điều này tuy nhiên, anh ta buộc mình phải lùi lại và chuyển sang điểm tiếp theo của chương trình đã định - nghiên cứu tính chất của kim loại ở nhiệt độ heli.

Onnes đo điện trở của vàng, bạch kim và đo thủy ngân. Và rồi những bất ngờ bắt đầu. Vào ngày 28 tháng 1911 năm 27, ông báo cáo với Học viện Hoàng gia Hà Lan rằng điện trở của thủy ngân đã đạt đến giá trị thấp đến mức "các thiết bị không phát hiện ra nó." Vào ngày XNUMX tháng XNUMX, thông điệp đã được làm rõ: điện trở của thủy ngân không giảm dần mà giảm mạnh, đột ngột và giảm đến mức người ta có thể nói về "sự biến mất của điện trở".

Trong một bài báo xuất bản vào tháng 1913 năm 11, lần đầu tiên Onnes sử dụng thuật ngữ "siêu dẫn". Sau 50 năm nữa, anh ta sẽ bắt đầu hiểu được điều gì đó trong hiện tượng kỳ lạ này. Trong XNUMX năm nữa, hiện tượng này sẽ được giải thích, mặc dù không hoàn toàn. Nhiều lần Onnes đã quan sát thấy một hiện tượng khá kỳ lạ khác - tính linh động cao bất thường của helium. Nhưng nó không tự nhiên đến mức Onnes thậm chí không cố gắng hiểu điều gì đó.

Anh ta tiếp tục đường thẳng của mình, di chuyển ngày càng gần đến độ không tuyệt đối. Về bản chất, ông đã sử dụng một phương pháp: để giảm áp suất hơi của heli lỏng, ông đã lắp đặt các máy bơm ngày càng mạnh hơn. Cuối cùng, Onnes đạt 0,83 độ Kelvin. Nó dường như là giới hạn. Tuy nhiên, vào tháng 1926 năm 1956 - hai tháng sau cái chết của Kamerling-Onnes - giáo sư người Mỹ Latimer, người đã phát triển ý tưởng của William Gioka người Canada, đã đề xuất một phương pháp làm mát mới - từ tính. Năm 0,00001, Francis Simon ở Oxford thu được nhiệt độ XNUMX độ Kelvin, chỉ một phần trăm nghìn của độ trên độ không tuyệt đối."

Ngạc nhiên thay, chỉ ba mươi năm sau khi hóa lỏng helium, tính chất kỳ lạ nhất của nó, tính siêu lỏng, đã được phát hiện, mặc dù hàng ngàn thí nghiệm đã được thực hiện. Nhưng một ngày nọ, một nhóm các nhà khoa học Canada vẫn dám đưa ra mô tả, kiên quyết từ chối đưa ra kết luận. "Kết luận chính xác về một hiện tượng mới," họ lưu ý, "không khó để đưa ra ngay cả đối với sinh viên năm thứ nhất. Nhưng chỉ những nhà vật lý trưởng thành và có kinh nghiệm mới tự mình cho rằng độ dẫn nhiệt của chất lỏng đột ngột tăng lên hàng triệu lần.”

Đầu năm 1938, tạp chí Nature xuất bản hai bài báo. Một trong số chúng thuộc về một nhà khoa học Liên Xô P.L. Kapitsa, và một cho Allen và Mizenar của Đại học Cambridge. Kết quả và kết luận của họ trùng khớp nhau: dòng khí heli lỏng gần như hoàn toàn không có độ nhớt. Chính Kapitsa là người sở hữu thuật ngữ "tính siêu lỏng", thuật ngữ này đã được chấp nhận rộng rãi. Điều đáng chú ý là các nguyên tử helium và các electron tự do của kim loại hoạt động theo cùng một cách. Khám phá này cho phép kết nối cả hai hiện tượng: tính siêu dẫn và tính siêu chảy của dòng điện tử trong dây dẫn.

Hiện tượng siêu dẫn được phát hiện vào đầu thế kỷ, nhưng chỉ đến năm 1957, Bardeen, Cooper và Schriefer mới có thể đưa ra lời giải thích thỏa đáng cho hiện tượng siêu dẫn bằng cách xây dựng một lý thuyết mang tên họ (lý thuyết BCS).

Regge đặt câu hỏi trong cuốn sách của mình: "Điều gì xảy ra trong chất siêu dẫn. Câu trả lời đầy đủ cho câu hỏi này rất dài và phức tạp. Thông thường, hai electron đẩy nhau trong chân không, nhưng trong kim loại, điện tích dương của hạt nhân che chắn điện tích âm của các electron, và lực đẩy có thể gần như biến mất hoàn toàn.. Trong nhiều trường hợp, quá trình sàng lọc hóa ra không đầy đủ, và khi đó hiện tượng siêu dẫn không được quan sát thấy.

Trong một số trường hợp, mạng co lại xung quanh một electron, do đó tạo ra một đám mây điện tích dương bao quanh electron đó và hút các electron khác. Kết quả là một lực hút nhỏ giữa các điện tử. Vì lực hút này yếu nên nó chỉ làm cho các electron chuyển động theo từng cặp; do đó, có một liên kết tương tự như liên kết hóa học, nhưng yếu hơn hàng nghìn lần. Do đó, một cặp Cooper tương tự như một phân tử "hai electron" và quá trình chuyển sang trạng thái siêu dẫn có thể được coi là sự biến đổi khí điện tử thành khí bao gồm các "phân tử" như vậy. Một hiện tượng tương tự xảy ra trong hóa học: ví dụ, nếu oxy hai nguyên tử được nung nóng, nó sẽ vỡ ra thành các nguyên tử đơn lẻ có thể kết hợp lại khi được làm lạnh.

Khí điện tử di chuyển trong kim loại ngưng tụ thành chất lỏng của các cặp Cooper, mà chúng ta sẽ gọi là "nước ngưng tụ". Bán kính của một cặp như vậy xấp xỉ 300 angstrom, lớn hơn nhiều so với khoảng cách giữa các nguyên tử lân cận (vài angstrom). Trong một biển các cặp Cooper, thật khó để tưởng tượng những gợn sóng hoặc sóng ngắn hơn chính các cặp đó. Do đó, mạng không đồng nhất với kích thước không quá mười angstrom không gây trở ngại cho dòng ngưng tụ và không xảy ra tổn thất năng lượng. Đây là nguyên nhân chính của hiện tượng siêu dẫn."

Vẫn còn khó để tưởng tượng tất cả các hậu quả của khám phá này. Hiệu ứng của hiện tượng siêu dẫn đã được sử dụng thành công trong các đoàn tàu Maglev tốc độ cao của Nhật Bản. R. Bakhtamov viết: “Các hệ thống từ tính siêu dẫn với các đặc điểm độc đáo đã được tạo ra và đang hoạt động. “Ví dụ, Lockheed đã chế tạo một nam châm điện nặng 85 kg và tạo ra từ trường 15 oersted.

Các nam châm siêu dẫn lớn nhất với trường 30-40 nghìn oersted và kích thước khoảng 4 mét đang hoạt động trong một số phòng thí nghiệm máy gia tốc ở Châu Âu và Châu Mỹ, các nam châm có trường lên tới 170 nghìn oersted đã được tạo ra.

Công việc đang được tiến hành để tạo ra các máy điện lớn nhất - máy phát điện tuabin và thủy điện với hệ thống kích thích siêu dẫn.

Chất siêu dẫn mở ra những khả năng hoàn toàn mới trong việc tạo ra máy tính. Dòng điện trong các hệ thống siêu dẫn là một thiết bị lưu trữ lý tưởng có khả năng lưu trữ một lượng dữ liệu khổng lồ và phát hành nó với tốc độ chóng mặt...

Người ta đã thu được các hợp kim giữ được tính siêu dẫn ở 18–20 độ Kelvin. Việc tạo ra một chất có các đặc tính ở nhiệt độ ít nhất là 100 độ Kelvin sẽ dẫn đến một cuộc cách mạng trong kỹ thuật điện. Khoa học hiện đại tin rằng nhiệm vụ này là có thật và kết quả của giải pháp của nó sẽ được định nghĩa bằng một từ - tuyệt vời.

Tác giả: Samin D.K.

Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela Những khám phá khoa học quan trọng nhất:

▪ Định luật thứ hai của nhiệt động lực học

▪ Noosphere

▪ Khái niệm ngôn ngữ của Saussure

Xem các bài viết khác razdela Những khám phá khoa học quan trọng nhất.

Đọc và viết hữu ích bình luận về bài viết này.

<< Quay lại

Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:

Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng 15.04.2024

Trong thế giới công nghệ hiện đại, nơi khoảng cách ngày càng trở nên phổ biến, việc duy trì sự kết nối và cảm giác gần gũi là điều quan trọng. Những phát triển gần đây về da nhân tạo của các nhà khoa học Đức từ Đại học Saarland đại diện cho một kỷ nguyên mới trong tương tác ảo. Các nhà nghiên cứu Đức từ Đại học Saarland đã phát triển những tấm màng siêu mỏng có thể truyền cảm giác chạm vào từ xa. Công nghệ tiên tiến này mang đến những cơ hội mới cho giao tiếp ảo, đặc biệt đối với những người đang ở xa người thân. Các màng siêu mỏng do các nhà nghiên cứu phát triển, chỉ dày 50 micromet, có thể được tích hợp vào vật liệu dệt và được mặc như lớp da thứ hai. Những tấm phim này hoạt động như những cảm biến nhận biết tín hiệu xúc giác từ bố hoặc mẹ và đóng vai trò là cơ cấu truyền động truyền những chuyển động này đến em bé. Việc cha mẹ chạm vào vải sẽ kích hoạt các cảm biến phản ứng với áp lực và làm biến dạng màng siêu mỏng. Cái này ... >>

Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global 15.04.2024

Chăm sóc thú cưng thường có thể là một thách thức, đặc biệt là khi bạn phải giữ nhà cửa sạch sẽ. Một giải pháp thú vị mới từ công ty khởi nghiệp Petgugu Global đã được trình bày, giải pháp này sẽ giúp cuộc sống của những người nuôi mèo trở nên dễ dàng hơn và giúp họ giữ cho ngôi nhà của mình hoàn toàn sạch sẽ và ngăn nắp. Startup Petgugu Global đã trình làng một loại bồn cầu độc đáo dành cho mèo có thể tự động xả phân, giữ cho ngôi nhà của bạn luôn sạch sẽ và trong lành. Thiết bị cải tiến này được trang bị nhiều cảm biến thông minh khác nhau để theo dõi hoạt động đi vệ sinh của thú cưng và kích hoạt để tự động làm sạch sau khi sử dụng. Thiết bị kết nối với hệ thống thoát nước và đảm bảo loại bỏ chất thải hiệu quả mà không cần sự can thiệp của chủ sở hữu. Ngoài ra, bồn cầu có dung lượng lưu trữ lớn có thể xả nước, lý tưởng cho các hộ gia đình có nhiều mèo. Bát vệ sinh cho mèo Petgugu được thiết kế để sử dụng với chất độn chuồng hòa tan trong nước và cung cấp nhiều lựa chọn bổ sung. ... >>

Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm 14.04.2024

Định kiến phụ nữ thích “trai hư” đã phổ biến từ lâu. Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây được thực hiện bởi các nhà khoa học Anh từ Đại học Monash đã đưa ra một góc nhìn mới về vấn đề này. Họ xem xét cách phụ nữ phản ứng trước trách nhiệm tinh thần và sự sẵn sàng giúp đỡ người khác của nam giới. Những phát hiện của nghiên cứu có thể thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về điều gì khiến đàn ông hấp dẫn phụ nữ. Một nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà khoa học từ Đại học Monash dẫn đến những phát hiện mới về sức hấp dẫn của đàn ông đối với phụ nữ. Trong thí nghiệm, phụ nữ được cho xem những bức ảnh của đàn ông với những câu chuyện ngắn gọn về hành vi của họ trong nhiều tình huống khác nhau, bao gồm cả phản ứng của họ khi gặp một người đàn ông vô gia cư. Một số người đàn ông phớt lờ người đàn ông vô gia cư, trong khi những người khác giúp đỡ anh ta, chẳng hạn như mua đồ ăn cho anh ta. Một nghiên cứu cho thấy những người đàn ông thể hiện sự đồng cảm và tử tế sẽ hấp dẫn phụ nữ hơn so với những người đàn ông thể hiện sự đồng cảm và tử tế. ... >>

Tin tức ngẫu nhiên từ Kho lưu trữ

Không gian trống không có nấm mốc khó chịu 05.07.2012

Một giả thuyết nổi tiếng được gọi là panspermia nói rằng sự sống có thể được vận chuyển từ hành tinh này sang hành tinh khác và thậm chí giữa các hệ sao lân cận bởi các vi sinh vật du hành trên các tiểu hành tinh. Đúng vậy, đối với điều này, vi sinh vật cần thiết có thể chịu được các điều kiện khắc nghiệt của không gian trong một thời gian rất dài - lạnh, chân không, bức xạ, v.v.

Hóa ra trên Trái đất có những vi sinh vật có thể tồn tại trong điều kiện như vậy ít nhất một năm. Điều này đã được chứng minh bằng thí nghiệm Expose-E được thực hiện trên ISS, kết quả của chúng đã được xuất bản trên một số đặc biệt của Tạp chí Sinh vật học.

Thử nghiệm bắt đầu vào tháng 2008 năm 664, khi một thùng chứa được trang bị đặc biệt có kích thước bằng một nhà ngoại giao với nhiều ngăn được gửi đến ISS, chứa các hỗn hợp hữu cơ phức tạp và các vi sinh vật khác nhau - vi khuẩn, hạt giống, nấm mốc và tảo. Tổng cộng, 18 mẫu sinh học và hóa sinh đã "đến" trên ISS. Thùng chứa được phơi bên ngoài mô-đun châu Âu của trạm và trong XNUMX tháng, nhiều vi sinh vật và hỗn hợp chứa trong nó tồn tại trong không gian bên ngoài, tiếp xúc với chân không, bức xạ cực tím mặt trời, bức xạ tia vũ trụ và sự thay đổi nhiệt độ thường xuyên. Đối với các mẫu còn lại trong các khoang kín, các điều kiện tồn tại trên bề mặt sao Hỏa đã được tái tạo.

Vào năm 2009, những thứ bên trong thùng chứa đã quay trở lại Trái đất và được kiểm tra kỹ lưỡng. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng nấm mốc Xanthoria elegans, được thu thập cho một thí nghiệm ở vùng núi Tây Ban Nha, đã sống sót tốt nhất trong chuyến du hành vũ trụ. Trong không gian, cô rơi vào trạng thái ngủ đông, chờ đợi những điều kiện thuận lợi hơn, và khi trở về Trái đất, cô bắt đầu phát triển trở lại. Trong chân không, nước trong đó ngay lập tức bốc hơi, tia cực tím chết người của Mặt trời không giết được nó, và ngay cả bức xạ tia X và gamma của các tia vũ trụ, những thứ phá hủy DNA và đưa nhiều đột biến vào đó, cũng không mang lại tác hại rõ ràng. với nó. Nhà sinh vật học René Demetz thuộc Cơ quan Vũ trụ châu Âu, người tham gia thí nghiệm cho biết, tỷ lệ sống sót của nấm mốc Xanthoria elegans không ai sánh bằng trên Trái đất.

Tin tức thú vị khác:

▪ Siêu máy tính không cụm nhanh nhất trên thế giới

▪ Rèn luyện trí não dẫn đến sự hình thành các tế bào thần kinh mới

▪ Vi mạch điều khiển cơ bắp

▪ Đài Loan sản xuất ngày càng nhiều bo mạch chủ

▪ Xương phát triển từ vảy cá

Nguồn cấp tin tức khoa học và công nghệ, điện tử mới

Tài liệu thú vị của Thư viện kỹ thuật miễn phí:

▪ phần của trang web Công nghệ hồng ngoại. Lựa chọn bài viết

▪ bài báo Số liệu rõ ràng. Bách khoa toàn thư về ảo ảnh thị giác

▪ bài viết Sự khác biệt giữa máy phóng và ballista là gì? đáp án chi tiết

▪ bài viết Bộ sắp chữ thủ công. Hướng dẫn tiêu chuẩn về bảo hộ lao động

▪ bài viết Các loại tuabin gió. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

▪ bài Biến rắn thành gậy. bí mật tập trung

Để lại bình luận của bạn về bài viết này:

Tất cả các ngôn ngữ của trang này

Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web