(см. Фундаментальные законы и теории в интерпретации новой модели атома)
Со структурными изменениями в материалах (веществах) связано физическое явление, называемое сверхпроводимостью.
Экспериментально сверхпроводимость можно наблюдать, "включив в общую электрическую цепь, по которой идет ток, звено из сверхпроводника.
В момент перехода в сверхпроводящее состояние разность потенциалов на концах этого звена обращается в нуль"[1].
Известно, что для получения тока в проводнике необходимо на его концах поддерживать разность потенциалов,
не равную нулю. Если разность потенциалов на концах проводника равна нулю, то никакого тока (перетекания)
быть не может. Нет его и в описанном эксперименте, так как ΔV = 0.
Что же происходит?
Явление сверхпроводимости наблюдается при двух внешних воздействиях, противоположных по направлению тепловых потоков:
1. снижение температуры (отток тепла);
2. подача электричества (приток тепла).
Процесс охлаждения сопровождается структурными изменениями как материала проводника, так и тепловых частиц, заполняющих материал. Электрический ток с новых позиций -- это поток отрицательных тепловых частиц. При понижении температуры отрицательные тепловые частицы, объединяясь в пары или большего числа частиц, начинают превращаться в холодные магнитные частицы со знаком плюс.
Скорость такого превращения связана со структурными изменениями в материале проводника и зависит от этих структурных изменений.
Чем ниже температура проводника, тем больше его изменяющаяся структура может поглощать магнитные частицы, тем больше ускоряется процесс превращения тепловых частиц в магнитные частицы.
В момент (Т=Ткр), когда процесс образования магнитных частиц из тепловых обгоняет процесс
поступления тепловых частиц из сети в проводник, в этот момент прекращается перетекание, ΔV=O.
Проводник с изменяющейся структурой поглощает активно магнитные частицы. Этот процесс аналогичен процессу плавления (кипения), когда тепло поглощается, а температура остается постоянной (не изменяется), так как тепло расходуется на изменение структуры вещества.
Структурные изменения в проводнике и аккумуляция проводником магнитных частиц ведут к увеличению магнитного поля материала проводника, его положительного заряда.
В силу этого возникает конфликтная ситуация с внешним магнитным полем того же знака, если образец помещен в него: "одно магнитное поле выталкивает другое".
"Достаточно сильное внешнее магнитное поле разрушает сверхпроводящее состояние" [1] потому, что приводит к быстрому насыщению магнитными частицами измененной к этому моменту структуры проводника, и процесс превращения тепловых частиц в магнитные замедляется.
Структура проводника получает необходимые ей магнитные частицы от внешнего магнитного поля, в силу чего тепловые частицы из сети могут продвигаться по проводнику.
"Если усиливать ток, текущий через сверхпроводник, включенный в общую цепь, то при значении силы тока Iкр сверхпроводящее состояние разрушается" [1].
Это происходит потому, что процесс подачи тепловых частиц из сети в проводник обгоняет процесс структурных
изменений в проводнике и процесс превращения тепловых частиц в магнитные.
Поток тепловых частиц по проводнику возобновляется.
Экспериментально сверхпроводимость можно еще наблюдать, "поместив кольцо из сверхпроводника в перпендикулярное
к нему магнитное поле. Охладив затем кольцо ниже Ткр, выключают поле.
В результате в кольце индуцируется незатухающий электрический ток. Ток в таком кольце циркулирует неограниченно долго" [1].
Что происходит в этом опыте?
Магнитное поле ускоряет структурные процессы в кольце. Охлаждение ниже Ткр гарантирует, что процесс структурных изменений в кольце прошел достаточно глубоко.
После выключения магнитного поля и прекращения охлаждения в кольце начинается процесс ОБРАТНЫХ структурных изменений.
Начинается этот процесс с распада магнитных частиц и превращения их в тепловые.
Так появляется электрический ток в кольце.
С увеличением температуры кольца процесс распада магнитных частиц может только нарастать.
Отсюда незатухающий электрический ток в кольце. Процесс этот закончится только с полным возвращением структуры материала кольца в первоначальное (до опыта) состояние.
Со структурными изменениями в атомах материалов (веществ, металлов) и в межатомной и внутриатомной средах связано появление, "сверхпроводников первого и второго рода" [2].
Каковы причины этого с точки зрения новой модели атома?
Так называемое сверхпроводящее состояние наступает в образце постепенно, так как связано со структурными изменениями в атомах образца и во внутриатомной среде.
Чем быстрее распространяются изменения, тем скорее наступает "сверхпроводящее" состояние.
Отметим еще раз, что название "сверхпроводимость" не отвечает реально происходящим процессам.
В ПЕРИОД СТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ как при высоких, так и при низких температурах ПРОВОДИМОСТЬ поглощаемых веществом (атомом) тепловых (электрических) частиц практически ОТСУТСТВУЕТ, так как все поступающее тепло (электрический ток) используется атомами на перестройку структуры. Т.е. период структурных изменений в веществе (в атоме) характеризуется большой поглощающей способностью и минимальной (а не "сверх") способностью проводить.
Граница "сверхпроводящей фазы с нормальной" [2] существует, если размеры образца достаточно большие и/или структурные изменения вследствие снижения температуры какое-то время охватывают только часть образца.
Различие в свойствах сверхпроводников и их деление на первый и второй род связаны с отличиями в их структуре.
По новой модели большинство атомов не может устойчиво существовать в околоземных условиях, так как в их структуре не соблюдаются законы симметрии и четности.
Для устойчивого существования атомы объединяются в СТРУКТУРНЫЕ ЕДИНИЦЫ (молекулы). Простейшей структурной единицей является парное соединение, т.е. объединение двух атомов.
Форма структурных единиц и способы образования структурных единиц для разных материалов (веществ) могут быть самыми разными.
От формы и способов образования структурных единиц зависит распределение сил внутреннего сцепления между частицами как в самой структурной единице, так и между структурными единицами, и, следовательно, зависит характер структурных изменений при внешнем воздействии.
"К сверхпроводникам первого рода относится большинство чистых металлов" [2].
Каковы их структурные особенности?
Сверхпроводники первого рода (чистый металл или другой материал) характеризуются тем, что ИМЕЮТ ЕДИНСТВЕННУЮ СТРУКТУРНУЮ ЕДИНИЦУ, которая состоит из атомов одного и того же химического элемента, имеют форму, одинаковую для всего образца и образованы одинаковым способом, т.е. соблюдались одинаковые технологические условия (температура, давление и другие) при получении образцов.
В этом случае МАТЕРИАЛ (образец) ОДНОРОДЕН ПО РАСПРЕДЕЛЕНИЮ СИЛ СЦЕПЛЕНИЯ (взаимодействия) как внутри, так и между структурными единицами, и при внешнем воздействии (например, при понижении температуры) структурные изменения равномерно распространяются по образцу. Однако величины сил сцепления внутри и между структурными единицами могут отличаться друг от друга.
К сверхпроводникам второго рода относится "большинство сплавов, а также многие чистые металлы с примесями" [2].
Каковы их структурные особенности?
Структура веществ, состоящих из атомов разных химических элементов, может иметь несколько вариантов.
Вариант 1. СТРУКТУРА вещества СОСТОИТ ИЗ НЕСКОЛЬКИХ СТРУКТУРНЫХ ЕДИНИЦ.
Каждая из структурных единиц состоит из атомов одного или нескольких разных компонентов вещества. Все они имеют одинаковую форму, но могут образоваться разными способами.
Силы внутреннего сцепления в структурных единицах, состоящих из атомов разных химических элементов, могут отличаться друг от друга по величине. Им для начала структурных изменений потребуется подвести (или отвести) разную по величине энергию.
Следовательно, СВЕРХПРОВОДЯЩЕЕ СОСТОЯНИЕ для каждой структурной единицы НАСТУПИТ НЕОДНОВРЕМЕННО.
И какое-то время вещество может находиться в "смешанном" состоянии прежде, чем полностью перейти в сверхпроводящее.
Данная структура вещества соответствует сверхпроводнику второго рода.
Вариант 2. ЕДИНСТВЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ ЕДИНИЦА вещества СТРОИТСЯ ИЗ АТОМОВ ВСЕХ КОМПОНЕНТОВ.
Ее форма ? одинаковая для всего образца. Характер изменения структурной единицы при внешнем воздействии зависит от способа ее образования, от распределения сил внутреннего сцепления между разными компонентами в структурной единице.
Возможны два случая:
- структурная единица переходит в сверхпроводящее состояние БЕЗ РАСПАДА.
В этом случае структурные изменения в веществе будут соответствовать сверхпроводнику первого рода;
- сверхпроводящему состоянию предшествует РАСПАД структурной единицы с неодновременным переходом в сверхпроводящее состояние каждой из распавшихся частей.
Структурные изменения в веществе в этом случае будут соответствовать сверхпроводнику второго рода.
Литература:
1. Савельев И.В. Курс общей физики: Учеб. пособие: В 3 т. Т. 3: Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. 3-е изд., испр. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. 320 с., ил.
2. Сивухин Д.В. Атомная и ядерная физика: Учеб. пособие: В 2 ч. 4.1: Атомная физика. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. 416 с., ил.
С. Гарина
17.05.2010
