Образовательный форум Секция «Физика

Образовательный форум
Секция «Физика»
«Сверхпроводимость»
Автор:
Никитина Дарья Александровна,
Ученица 11 «А» класса
МБОУ СОШ №24 города Костромы
Руководитель:
Лбова Марина Евгеньевна,
Учитель физики
г. Кострома, 2013 год
1
Оглавление
Введение
Понятие сверхпроводимости………………………………………………………………………...стр.3
История появления…………………………………………………………………………………….….стр. 3
Электрический ток………………………………………………………………………………………стр.3-4
Основная часть
1.Физика процесса…………………………………………………………………………………….…стр.5-7
1.1.Природа сверхпроводимости………………………………………………………………..стр.7-8
2.Техника…………………………………………………………………….………………………………стр.9-11
3.Исследовательская работа. Эксперимент………………………………………………….стр.11
3.1. Графит ……………………………………………………………………………………………………..стр.11
Заключение
Значение…………………………………………………………………………………………………….…..стр.12
Библиография…………………………………………………………………………………………………стр.12
Приложение….…………………………………………………………………………………………..стр.13-22
2
ВВЕДЕНИЕ
Понятие сверхпроводимости
Сверхпроводимость — это квантовое состояние вещества, которое, помимо внешних
признаков — отсутствия сопротивления и абсолютной невосприимчивости к магнитному
полю, — характеризуется формированием синхронизированных между собой пар из электронов
проводимости. В силу особенностей строения и характеристик электронных пар магнитное
поле с индукцией выше определенного уровня уменьшает критическую температуру
сверхпроводника,
то есть
температуру,
ниже
которой
в нём
реализуется
явление
сверхпроводимости. Коллектив американских ученых, проведя эксперименты с ультратонкими
(порядка 10–9 м) аморфными пленками свинца, обнаружил, что сильное магнитное поле,
наоборот, повышает их критическую температуру. Полученный результат противоречит
общепринятой теории сверхпроводимости.
История открытия
В 1911 году голландский физик Х. Камерлинг-Оннес открыл явление сверхпроводимости.
Он проводил измерения электрического сопротивления ртути при низких температурах. Оннес
хотел выяснить, сколь малым может стать сопротивление вещества электрическому току, если
максимально очистить вещество от примесей и максимально снизить «тепловой шум», т.е.
уменьшить температуру.
Результат этого исследования оказался неожиданным: при температуре ниже
4,15 К1 сопротивление почти мгновенно исчезло. График такого поведения сопротивления в
зависимости от температуры приведен на рис. 1 в приложении №1.
Электрический ток
Фокус сверхпроводимости заключается в том, что при сверхнизких температурах, близких
к абсолютному нулю, в ряде металлов в силу особенностей их строения взаимодействие
электронного облака с ионным "каркасом" радикально меняется. Если до этого каждый
"солдат" "электронной армии" воевал сам по себе, то при температуре возникновения
сверхпроводимости электроны сплачиваются в пары.
Это незамедлительно сказывается на характере "войны", которую ведут в металле
электроны и ионы. Если раньше каждый электрон участвовал в стычках с ионами поодиночке и
3
мог легко выбывать из строя, то теперь электронные пары движутся, не отзываясь на наскоки
отдельных ионов, встречающихся им на пути. Электроны как бы перестают замечать свое
ионное агрессивное окружение.
Разумеется, при этом трудности пути "электронной армии" значительно уменьшаются. В
результате резко падает электрическое сопротивление металла.
Но такой идеальный строй "электронная армия" имеет лишь до тех пор, пока наскоки
ионов недостаточно энергичны. При переходе температуры через определенный предел стычки,
с ионами мгновенно разваливают пары на отдельных солдат. Теперь солдаты сражаются с
неприятелем снова поодиночке и электрическое сопротивление металла восстанавливается.
Актуальность исследования
Высокотемпературная сверхпроводимость - это очень перспективная область
исследований, которая впоследствии может привести к новой технической революции в
электронике, электротехнике и радиотехнике. Согласно последним данным в этой области,
максимальная критическая температура сверхпроводимости, которую удалось достигнуть,
равняется 166К.
Мы постепенно приближаемся к открытию материалов, которые будут являться
сверхпроводящими при комнатных температурах. Это станет прорывом в мире техники.
Электроэнергию можно будет передавать на любые расстояния без потерь.
Цели исследования:

Найти наименьшее критическое значение силы тока в сверхпроводниках

Выявить вещества, наиболее пригодные для сверхпроводимости

Выявить структуру сверхпроводника
4
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
1. Физика процесса. Сверхпроводники 1 вида.
Фазовый переход
Физики
давно
убедились,
что
сопротивление
сверхпроводника
I рода
постоянному
электрическому току равно нулю. Это значит, что сверхпроводник принципиально отличается
от самого хорошего нормального проводника с очень маленьким сопротивлением. У
сверхпроводящего фазового перехода по сравнению, скажем, с плавлением есть одно важное
отличие: кривые (Приложение №2, рис. 12) пересекаются, мы как бы непрерывно переходим с
одной кривой на другую. Это означает, что на сам переход энергию затрачивать не надо.
Напротив, чтобы расплавить лед, уже находящийся при температуре 273 К, еще нужно
затратить значительную энергию.
Это важное отличие говорит физику о том, что в сверхпроводящей фазе по сравнению с
нормальной электроны обретают порядок движения. Это позволило нам указать на два
различных типа фазовых переходов, которые в физике называют переходами I рода (например,
плавление) и II рода (сверхпроводящий фазовый переход).
Теплоемкость
При сверхпроводящем фазовом переходе электрическое сопротивление меняется скачком, а
энергия — непрерывно. Скачком меняется также одна из самых важных тепловых величин —
теплоемкость. Обычно при охлаждении вещества его теплоемкость уменьшается; в момент
сверхпроводящего перехода, однако, она скачком увеличивается приблизительно в 2,5–3 раза.
Для сравнения приведем значения теплоемкости некоторых веществ при комнатной
температуре и значения теплоемкости в нормальной фазе накануне сверхпроводящего
перехода. (Приложение №1 таблица).
«Скачок» наверняка когда-нибудь окажется полезным инженеру. Скажем, температура
меняется непрерывно, а сопротивление или теплоемкость меняется сильно. Поэтому физики
очень тщательно изучают особенности поведения физических величин; одна из них изображена
на рис. 13 приложение №2. Именно такой всплеск теплоемкости — характерный признак
фазового превращения.
5
Влияние формы сверхпроводника на проникновение магнитного поля и на
сверхпроводящий переход
Помимо плоской формы в физических исследованиях и технических приложениях обычно
используются сверхпроводящие образцы значительно более сложной формы. В таких случаях
влияние магнитного поля также усложняется. Например, вполне реально создание
сверхпроводящей пленки, толщина d которой меньше глубины проникновения λL. Она
оказывается слишком тонкой и не может полностью экранировать магнитное поле. Ток течет по
всей ее толщине, а магнитное поле проникает внутрь, лишь слегка ослабляясь (Приложение
№3, рис 18). В объеме сверхпроводника магнитное поле существовать не может. Только в
пограничном слое толщиной λL происходит его «противоборство» со сверхпроводимостью, на
что «тратится» часть «сверхпроводящего выигрыша в энергии». В пленках это удается
«обойти», что сразу приводит к эффектному результату. Можно сказать, что оно увеличивается
приблизительно во столько же раз, во сколько глубина λL больше толщины d, т.е. в λL/d раз.
Таким образом, можно получить увеличение критического поля почти в 100 раз.
Сверхпроводники 2 вида
Сверхпроводники I рода вытесняют магнитное поле и способны «бороться» против него, пока
его напряженность не достигла критического значения Hc. Выше этого предела вещество
переходит в нормальное состояние. В промежуточном состоянии образец как бы впускает в
себя магнитное поле, однако с точки зрения физики точнее сказать, что образец просто
разбивается на «большие» соседствующие куски — нормальные и сверхпроводящие. Через
нормальные «протекает» магнитное поле напряженностью Hc, а в сверхпроводящих, как и
положено, магнитное поле равно нулю. Сверхпроводники II рода также вытесняют магнитное
поле,
но
только
очень
слабое.
При
повышении
напряженности
магнитного
поля
сверхпроводник II рода «находит возможность» впустить поле внутрь, одновременно сохраняя
сверхпроводимость. Это происходит при напряженности поля, намного меньшей Hc:
в сверхпроводнике самопроизвольно зарождаются вихревые токи.
Вихревое состояние сверхпроводников II рода теоретически предсказал советский физик
А. А. Абрикосов в работе, опубликованной в 1957 году. Подобно атомам кристалла, вихри
образуют правильную решетку. Если смотреть в направлении магнитного поля, как бы с торца
цилиндриков вихрей, то, как правило, получается картина треугольной решетки, условно
изображенная на рис. 22 в приложении №4.
6
Влияние кристаллической решетки на сверхпроводимость
Действительно, в подавляющем большинстве случаев сверхпроводящий переход почти не
влияет на решетку. Но кристаллическая решетка на сверхпроводимость влияет; более того, она
определяет сверхпроводимость, причем исключений из этого закона пока не обнаружено.
Влияние кристаллической решетки на сверхпроводимость продемонстрировал открытый
в 1950 году изотоп-эффект. При замене одного изотопа на другой вид кристаллической решетки
не меняется, электронная жидкость вообще не затрагивается, меняется только масса атомов.
Оказалось, что от массы атомов зависит Tc многих сверхпроводников. Чем меньше масса
изотопа, тем выше Tc. Более того, вид этой зависимости позволил утверждать,
что Tc пропорциональна частоте колебаний атомов решетки, и это сыграло существенную роль
в понимании механизма сверхпроводимости.
Фононы
В равновесии атомы твердого тела образуют правильную кристаллическую решетку. Однако
стоять неподвижно на месте атомы, естественно, не могут. Узлы кристаллической решетки —
это для атомов лишь средние положения, вокруг которых они беспрерывно колеблются.
Слово φωνη (фонэ) в переводе с греческого — голос. Волны в кристаллической решетке
советский физик И. Е. Тамм назвал фононами, хотя и не все они звуковые. Такое название
связано с тем, что волны кристаллической решетки подчиняются законам квантовой механики
и ведут себя не только как волны, но и как частицы. Фонон можно рассматривать как летящую
частицу, обладающую, как и положено, определенной энергией и скоростью. Очень легко
запомнить, какова энергия такой частицы: она пропорциональна частоте соответствующей
волны. Поэтому физики, чтобы не думать о различных единицах измерения и коэффициентах
пропорциональности, частоту, как и температуру, часто измеряют в энергетических единицах.
1.1.Природа сверхпроводимости. Связывание электронов в пары
Чтобы понять, как это происходит, проследим дальнейшую судьбу фонона, который был
возбужден электроном. Итак, в решетке пролетел электрон и вызвал колебание ионов,
расположенных в узлах решетки. Электрон несет отрицательный заряд, а ионы заряжены
положительно. Поэтому ионы слегка притянутся к пролетевшему электрону (Приложение №5,
рис. 31). Но ионы гораздо тяжелее электрона, следовательно, их движение более медленное.
Электрон уже «давно» пролетел, а ионы еще только подтянулись к тому месту, где он был.
Значит, в этом месте образовался (на некоторое время) небольшой избыточный положительный
7
заряд, и уже другой летящий мимо этого места электрон почувствует его и изменит траекторию
своего движения, притянется к этому месту. Таким способом фононы создают слабое
притяжение между электронами. Но притягиваются электроны, находящиеся на больших
расстояниях. Ведь отталкивание двух электронов не мешает, так как вокруг и между обоими
электронами много положительных ионов и других электронов, и все силы притяжения и
отталкивания уравновешиваются.
Притяжение между электронами приводит к связыванию их в пары, которые называются
куперовскими, в честь американского ученого Л. Купера. Среднее расстояние между
электронами в паре обозначается греческой буквой ξ и называется длиной корреляции. Это
расстояние, на котором электроны чувствуют друг друга и на котором существенно изменяются
сверхпроводящие свойства. Значения для разных сверхпроводящих материалов различны.
В таблице дано несколько примеров.
Два главных свойства сверхпроводника
Таковыми являются отсутствие электрического сопротивления и наличие эффекта Мейснера.
Действительно, куперовские пары электронов могут двигаться без трения (Приложение №5,
рис. 33). Дело в том, что электроны в такой паре разделены большим расстоянием, а энергии их
одинаковы. Электроны, по тем или иным причинам не связанные в пары, ведут себя обычно, их
мы называли нормальными. В сверхпроводящем состоянии некоторое количество пар
разрушается под влиянием температуры, магнитного поля и т.п.
В куперовскую пару связываются электроны с противоположно направленными спинами. Это
стремление противоречит стремлению магнитного поля выстраивать спины вдоль своего
направления. Две эти противоположности совместить никак нельзя
И наконец, скажем заключительные в этой главе слова: сколь бы сложным ни казалось явление
сверхпроводимости после нашего описания, на самом деле оно еще сложнее.
Сверхпроводимость обусловлена коллективным, а не только парным поведением электронов.
Взаимосвязаны движения не только двух электронов в куперовской паре, но и всех пар между
собой. Для тех, кто увлекается электро- или радиотехникой, такое свойство будет особенно
понятным: можно сказать, что все пары движутся в фазе. И эта фаза — вполне реальная
квантовая характеристика сверхпроводника, существование которой доказано на опыте.
8
1.3 Техника. Магниты
Сверхпроводящий магнит располагается в сосуде с жидким гелием. Через специальный канал в
сосуд вводятся провода, по которым получает питание обмотка магнита. По этому же каналу
выходят пары испаряющегося гелия и в стационарных условиях подается жидкий гелий для
компенсации испарения. Оказалось, что этого недостаточно, чтобы поддерживать магнит в
рабочем состоянии. Для стабилизации сверхпроводящих магнитов были созданы условия для
саморассасывания случайно возникающих нормальных зон. Для этого сверхпроводник
покрывается слоем хорошего нормального металла, обычно меди. Впрочем, в сверхпроводящих
устройствах разного назначения применяются провода различной конструкции, и на этом стоит
остановиться поподробнее.
Сверхпроводящие НТСП-провода
Сверхпроводящие провода разительно отличаются от тех, что применяются в электрических
бытовых устройствах. Высокие магнитные поля способны выдерживать лишь сверхпроводники
II рода. Они «впускают» в себя магнитное поле в виде вихрей. Но движение этих же вихрей
обусловливает появление электрического сопротивления, и большое критическое поле
«компенсируется» малой критической плотностью тока. К материалам для сверхпроводящих
НТСП-проводов относятся в первую очередь сплавы ниобия Nb с титаном Ti. Это наиболее
часто используемый материал, провода из него производятся в ряде стран серийно (Прил. №4,
рис. 35). Более высокими характеристиками обладает соединение Nb3Sn. Так что
сверхпроводящий провод — весьма сложная и дорогая конструкция. Впрочем, такие
утверждения всегда относительны. Килограмм сверхпроводящего материала для провода во
много раз дороже килограмма меди. Но если сравнить стоимость проводов, рассчитанных на
равную силу тока, то сверхпроводящий провод окажется дешевле медного.
Сверхпроводящие ВТСП-провода
В начале ХХI века начинается переход к производству и использованию сверхпроводящих
ВТСП-проводов. В целом ВТСП-провода характеризуются довольно резкой зависимостью
критического тока и напряженности магнитного поля от температуры и при температурах
около 20 К имеют критическую плотность тока, которая превосходит параметры обычных
низкотемпературных проводов (NbTi и Nb3Sn). В качестве ВТСП-керамики используется Y–Ba–
Cu–O или близкие к ней по структуре керамики. Подробнее о ВТСП-проводах - в приложении
№6.
9
Применения сверхпроводящих магнитов 1
Сильные магнитные поля необходимы, прежде всего, при проведении исследований. И здесь
сверхпроводящие магниты применяются активно. Некоторые установки без них невозможно
создать в принципе. На рис. 37 в приложении №7 даны раритетные фотографии этапов сборки
сверхпроводящих магнитов для установки «Токамак-15». Она предназначена для получения и
исследования плазмы при высоких температурах и плотностях. Конструирование подобных
плазменных установок немыслимо без сверхпроводящих магнитов, из которых построены и
магнитные системы новых ускорителей элементарных частиц. Создание таких систем
характеризует сложность задач, которые научились решать. Установка «Токамак» стала
основой международного проекта экспериментального термоядерного реактора ИТЭР.
В 2005 году было определено место его строительства — местечко Кадараш во Франции,
недалеко от Марселя.
Применения сверхпроводящих магнитов 2
Сверхпроводящие магниты используются в ЯМР-томографах (ЯМР — ядерный магнитный
резонанс). Это — медицинский прибор, использующий свойство ядер некоторых веществ
(например, водорода) давать резонансный отклик на слабое электромагнитное излучение,
причем частота резонанса пропорциональна напряженности магнитного поля. Анализ
(компьютерный) отклика ядер в разных частях организма позволяет получать послойное
контрастное изображение любых тканей, даже мягких, что очень сложно достичь другими
методами. Можно надеяться, что в перспективе ЯМР-томограф позволит осуществлять и
биохимический анализ. По сравнению с рентгеноскопией ЯМР-томография не только более
мощное диагностическое средство, но и безопасное: многолетние исследования пока не
выявили каких-либо отрицательных последствий кратковременного пребывания человека в
сильном магнитном поле.
Применение слабой сверхпроводимости — СКВИДы
СКВИД — прибор, название которого представляет собой сокращение длинного наименования
«сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство» на английском языке. «Сердце»
СКВИДа представляет собой сверхпроводящее кольцо с четырьмя выводами, которые служат
для подачи тока и съема напряжения. Сверхпроводящее кольцо со слабым звеном ведет себя в
поле следующим образом. Если увеличивать внешний поток, то магнитный поток Φ через
кольцо тоже немного увеличивается ( Приложение №8 рис. 40) — сверхпроводящий ток кольца
не может полностью экранировать внешнее поле. Затем настает момент, когда этот
10
сверхпроводящий ток превышает критический ток слабого звена, оно переходит в нормальное
состояние, один квант потока проникает внутрь кольца (на рисунке это момент скачка),
экранирующий ток резко падает, слабое звено вновь переходит в сверхпроводящее состояние, и
кольцо снова начинает сопротивляться дальнейшему нарастанию внешнего магнитного поля.
(Подробнее о работе СКВИДов в приложении №8).
3.Исследовательская работа. Эксперимент
Проанализировав огромное количество материала, мы решили создать вещество со свойствами
сверхпроводника в школьной лаборатории. Для этого нам понадобилось: оксид иттрия Y2O3,
углекислый барий ВаСО3 и оксид меди СuО. Как сам материал сверхпроводника Y–Ва–Сu–О,
так и исходные компоненты не относятся к числу ядовитых веществ. Рецепт и фотоотчет о
проведении эксперимента находятся в приложении №.9.
Применение таблеток
Простейший опыт состоит в том, что неохлажденная в азоте таблетка спокойно лежит на
магните, никак не реагируя на магнитное поле, а охлажденная висит над ним. Можно
придумать различные варианты этого опыта, в том числе весьма впечатляющие. (Прил.№10)
3.1. Графит
Физики обнаружили, что обработанный водой порошковый графит при комнатной температуре
обладает некоторыми свойствами, характерными для сверхпроводников. Работа
ученых опубликована в журнале Applied Materials(препринт), а ее краткое
содержание приводит блог издания Technology Review.
Необычные электрические свойства у графита удалось обнаружить после следующей
процедуры. Тонкий порошок углерода, содержащий гранулы диаметром не более нескольких
десятков нанометров, настаивали в воде в течение 24 часов, фильтровали и высушивали при
температуре 100 градусов в течение ночи. Затем у порошка измеряли различные параметры
магнитного момента при разных температурах.
Оказалось, что обработанный таким образом графит демонстрирует резкие фазовые переходы
магнитного момента, характерные для известных высокотемпературных сверхпроводников.
Причем эти свойства он проявляет в комнатных условиях.
11
Заключение
Практическое значение открытия сверхпроводника предоставляется следующим:
1. Замена полупроводников сверхпроводниками.
2. Изготовление новых сверхъёмких источников питания для РЭА, средств связи
телевидения и бытовой техники.
3. Изготовление малогабаритных сверхмощных электродвигателей и источников питания
для автотранспорта и железных дорог.
4. Применение в медицинских проектах по созданию новых томографов и диагностических
приборов.
5. Решение проблемы создания левитирующих установок и устройств для космического
транспорта.
6. Создание молекулярных конструкторов и роботов для производства новых
наноматериалов с наперед заданными свойствами.
Очевидно, что открытие сверхпроводящего вещества сможет кардинально изменить
привычную жизнь людей, сделав ее проще, удобней и дешевле. Сейчас человечество находится
на пороге открытия, и я думаю, что скоро мы сможем увидеть изменения в привычном строе
физики.
Библиография
Книги
1. Буккель В. Сверхпроводимость: Основы и приложения. М.: Мир, 19751.
2. Гинзбург В.Л. О науке, о себе и о других. М.: Физматлит, 2003 (гл. 6 и 7 в этой книге
посвящены сверхпроводимости и сверхтекучести).
Полезные ссылки в интернете
1. Сайт Конденсированные среды. Актуальные исследования.
2. Сайт Успехи физических наук.
3. Сайт WebElements (интерактивная периодическая система Менделеева).
4. Журнал Cryogenics («Криогеника»).
5. Журнал Physica C: Superconductivity and its Applications («Сверхпроводимость и ее
приложения»).
6. Журнал Physical Review B.
12
Приложение №1
13
Приложение №2
14
Приложение №3
15
Приложение №4
16
Приложение №5
17
Приложение №6
Среди ВТСП-проводов выделяют провода двух поколений. Провода 1-го поколения — это
провода на основе серебряной матрицы с микроканалами, в которых находится
сверхпроводящая керамика, как правило, Bi–Sr–Ca–Cu–O. Такие провода доступны на рынке
с 2000 года и имеют длины до 1,5 км. Недостатки их — наличие больших теплопритоков и
механическая хрупкость. Конструкция проводов 2-го поколения решает эту проблему. Эти
провода представляют собой многослойную структуру, которая напыляется на ленту из
нержавеющей стали. Важную роль играет слой MgO, который напыляется непосредственно на
нержавеющую ленту под углом 30–40°. Косое напыление создает на поверхности MgO
одинаково направленные борозды. Эти борозды служат для ориентации кристаллов ВТСПкерамики, которая напыляется непосредственно на MgO.
Рис. 36. Структура ВТСП-провода 2-го поколения: а — защитный слой
Сu; б — керамика Y–Ba–Cu–O;в — ориентированный слой MgO; г —
неориентированный слой MgO; д — лента из нержавеющей стали
В качестве ВТСП-керамики используется Y–Ba–Cu–O или близкие к ней по структуре
керамики. Слой ВТСП-пленки имеет толщину менее 2 мкм. Структура ВТСП-провода 2го поколения показана на рис. 36. Новые сверхпроводящие провода разрабатываются очень
быстрыми темпами, и в ближайшее время возможно появление новых композитных материалов
с уникальными свойствами для технических применений. В целом эта область находится на
пороге нового технического бума, который будет связан с разработкой и применением
двигателей на основе новых сверхпроводящих проводов с использованием безжидкостного
охлаждения систем при помощи охладителей.
18
Приложение №7
Разработка технического проекта реактора ИТЭР завершилась в 2001 году. От России главными
действующими организациями в разработке проекта выступали ФГУП НИИЭФА2, РНЦ
«Курчатовский институт», ФГУП ВНИИНМ3 и ФГУП НИКИЭТ4 с привлечением еще около
200 организаций. Работа над проектом реактора в России велась в рамках Федеральной целевой
программы «Международный термоядерный реактор ИТЭР», утвержденной Правительством
Российской Федерации. Общая стоимость разработки проекта составила около 2 млрд долл.
США, зачтенный вклад России в разработку оценен в 17%.
19
Приложение №8
Основанные на СКВИДах датчики магнитного поля широко применяются в геофизике для
измерения колебаний магнитного поля Земли и в некоторых других областях.
С использованием СКВИДов созданы пиковольтметры, измерители магнитной
восприимчивости и другие точные приборы. С помощью СКВИДов в медицинских
исследованиях ведутся записи магнитных сигналов от органов человеческого тела — в
дополнение к электрическим исследованиям (электрокардиограммы или
электроэнцефалограммы). Для съемки магнитных сигналов не нужен непосредственный
контакт с телом. Более того, возможна регистрация сигналов, гораздо более слабых или
исходящих от небольших участков тела. За годы экспериментов научились получать
магнитограммы практически от всех органов человеческого тела, причем удается
регистрировать сигналы с напряженностью 5·10–7 Э, и это не предел! Напомним, что
напряженность магнитного поля Земли в миллион раз больше. Таким способом удается
получить магнитограмму плода беременной женщины. Это существенно, поскольку раннее
обнаружение отклонений в ритме сердца и назначение лечения могут уменьшить возникающее
повреждение мозга ребенка и устранить его умственную отсталость. С помощью эффекта
Джозефсона в 1970-е гг. был установлен новый, более точный эталон вольта, удалось также
приблизительно в 10 раз уточнить значения некоторых фундаментальных физических
постоянных. Магнитный контроль с применением СКВИДов, как показывают эксперименты,
может регистрировать возникновение пластической деформации, предшествующей
образованию трещин.
20
Приложение №9
21
Приложение №10
Положение таблетки над одним полюсом магнита неустойчиво (рис. 41). Она как бы находится
на вершине скользкой горки и довольно легко соскальзывает вбок. Из нескольких магнитов
можно устроить такую конфигурацию магнитного поля, чтобы таблетка находилась как бы в
«ложбинке». Тогда таблетку можно не только подвесить, но и закрутить в воздухе. Поскольку
трение о воздух мало, таблетка крутится до тех пор, пока повышающаяся температура не
достигнет Tc. Тогда таблетка просто упадет на магниты.
Еще более эффектные опыты можно провести при более сложной конфигурации магнитного
поля. Если устроить длинную «ложбинку», то таблетка сможет двигаться вдоль нее при
малейшем толчке и совершать довольно длинные путешествия по извилистой дорожке. После
охлаждения в жидком азоте таблетка сохраняет сверхпроводимость на воздухе при комнатной
температуре около минуты. Более длительные опыты нужно проводить в парах жидкого азота.
С точки зрения удобства охлаждения левитацию проще демонстрировать «наоборот»:
подвешивать кусочек магнита над лежащей в кювете с жидким азотом таблеткой
сверхпроводника.
22