Новые идеи и гипотезы    
Реклама в Интернет
  new-idea.kulichki.net
- Разделы -
Последние публикации
Физика
Техника
Философия
Математика
Общество
Психология
Биология
Непознанное
Искусственный интеллект
Разное
Дополнительно
Опубликовать материал
Форумы

Партнеры
Доски объявлений:  Подать объявление о продаже недвижимости, автомобиля Подать объявление о продаже недвижимости, автомобиля в Украине, Київ, Крым
ОДНОСТИШИЯ



Белый каталог ссылок







Поиск на сайте или в интернете
Теория сверхпроводимости.

Ю.В.Клюшин, u79@mail.ru

Содержание

Глава 1.

1.1. Объяснение явления сверхпроводимости.

1.2. Определение зависимости Тсп(Fа/mа).

Глава 2.

2.1. Воздействия, как доказательство явления.

2.2. Криореакция.

Глава 3.

3.1. Сверхпроводимость сложных веществ на примере бинарных сплавов.

 

Глава 1.

1.1. Объяснение явления сверхпроводимости.

В начале всей работы определим пространство как неизменную координатную сетку, неспособную ни сжиматься, ни растягиваться. При этом необходимо обратить внимание на то, что всяческие изменения касаются только материи, но не того в чём она находится, то есть самой координатной сетки пространства.

Итак, для объяснения явления сверхпроводимости прибегнем к сравнению двух состояний вещества:

а) Вещество движется с некоторой скоростью v.

б) Вещество покоится и охлаждено.

Рассмотрим данные состояния в соответствующем порядке:

а).Вещество движется с некоторой скоростью v.

Представим движущийся макрообъект в виде совокупности частиц, каждую из которых будем считать движущейся относительно системы покоя как отдельный объект, но в тоже время частица будет оставаться составляющей единого тела.

Представляя движущийся макрообъект таким образом, мы можем сказать, что изменение таких параметров как m и t по теории относительности относительно покоящейся системы отсчёта справедливо для отдельно взятой частицы этого макрообъекта.

Далее определим, что есть для покоящегося наблюдателя тепловое движение частицы в движущемся объекте. Это ни что иное, как смещение частицы относительно её базового положения в этом теле. То есть подобное смещение определяет наличие помимо движения частицы как отдельного объекта в направлении, совпадающем с направлением всего тела, еще n - направлений определяемых свободами движения частиц в самом теле.

При этом, рассматривая частицы как отдельный объект, мы можем отметить, что относительно системы покоя масса этой частицы изменяется по известной зависимости:

mч = mч0*(1-v2/c2)-0.5,где mч0 - масса частицы в покоящемся теле; v - скорость вещества; с - скорость света вакууме.

Такое же изменение касается и временных процессов происходящих с частицей относительно системы покоя:

t=t0*(1-v2/c2)-0.5,где t0 - время, затраченное на процесс, в котором участвует частица в покоящемся теле.

Вместе с тем известно, что выше означенное смещение относительно базового положения частицы в теле определяется наличием кинетической энергией движения данной частицы в теле.

Что будет происходить с данной энергией частицы для покоящегося наблюдателя? На этот вопрос можно ответить, если записать всем известную формулировку кинетической энергии для частицы с подстановкой изменяющихся параметров:

Екин=mч*vч2/2,

где mч - масса частицы относительно системы покоя; vч - скорость смещения частицы относительно системы покоя.

Обозначим: a=(1-v2/c2)-0.5,тогда, выразив mч и tч изменяющимися относительно системы покоя, получим:

Екин=mч0*a*(s/t0*a)2/2=mч0*(s/t0)2/(2*a)=Eкин0/a

Екин =Eкин0*(1-v2/c2)0.5, (1)

где s - расстояние, преодолеваемое частицей в системе движущегося тела по одной из свобод движения; Eкин0 - энергия частицы, обуславливающая движение по одной из свобод в покоящемся теле.

Из (1) следует, что Екин, то есть энергия, определяющая данное смещение частицы, стремится к нулю при стремлении скорости тела к скорости света (с).

Таким образом, получается, что относительно покоящегося наблюдателя при стремлении макрообъекта к скорости света (с), по сути дела, температура данного объекта стремится к абсолютному нулю, так как являет собою прямое следствие наличия движения частиц в теле.

В дополнение к вышесказанному необходимо добавить, что существует ещё одна изменяющаяся величина в движущей системе, такая как продольные размеры тела (L) и может возникнуть мысль, что в выражение Екин для движения частицы по направлению движения системы тела добавится якобы и изменение расстояния проходимого частицей в системе тела. И тогда изменение Екин частицы по направлению движении системы тела и изменение Екин частицы перпендикулярно его движению будут неравны.

Но если оценить ситуацию таким образом, что изменение (L) есть изменение только продольных размеров вещества, но не пространства (не сетки пространства). То есть точки пространства, относительно которых оценивается пройденное расстояние, остаются в первоначльных координатах. И поэтому расстояние s, пройденное со скоростью v и за время t, рассматривается также неизменным.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод:

Каждый параметр тела (m,t,l) изменяется во время увеличения скорости тела. Но если Эйнштейн утверждал, что к примеру масса изменяется относительно системы покоя, но постоянна относительно самого движущегося тела, то у нас получается практически до наоборот: масса изменяется у каждой частицы тела относительно системы оного тела если смотреть глазами наблюдателя в системе покоя. Относительно же самой системы покоя. масса тела остаётся неизменной по причине того, что во время движения тела полная энергия хаотического движения частицы преобразуется в энергию движения частицы относительно системы покоя в направлении движения всего тела, то есть имеется в виду, что телу в целом передаётся энергия движения а значит и его частицам но в тоже время энергия отбирается у частиц относительно самого тела. Значит энергия самой частицы остаётся неизменной относительно системы покоя . а значит и масса её и всего тела также постоянна.

Итак, мы определили существование зависимости температуры вещества от скорости его движения. Далее определим еще одну зависимость для температуры движущегося тела.

Как известно, температура определяется количеством хаотического движения частиц. Следовательно, нас интересует только энергия теплового колебания частиц вещества. Та же часть полной энергии вещества, которая соответствует энергии связи, это тоже энергия движения составных субчастиц, которые в результате движения по контурам порождают поля связывающие субчастицы; при охлаждении тела эта энергия ,являющаяся внутренней энергией частиц, переходит в ту самую кинетическую энергию хаотического движения самой частицы, определяющую температуру (этот переход будет рассмотрен ниже) (также надо заметить, что помимо энергии движения субчастиц по контурам во внутреннюю энергию частиц входит ещё и энергия колебательного (теплового) движения их субчастиц), а значит можем рассматривать энергию связи в виде кинетической энергии теплового движения частиц. Поэтому будем рассматривать полную энергию как энергию хаотического движения частиц

При этом данная энергия колебания представляет собой сумму кинетической энергии движения частиц и энергии их взаимодействия - потенциальной энергии.

Потенциальную энергию частиц мы можем представить эквивалентной кинетической, исходя из того, что в колебательном движении потенциальная энергия переходит в кинетическую. А при движении вещества Екин частиц снижается, и значит, в конечном счёте, вся Епот частиц переходит в Екин, в последствии уменьшающуюся.

Таким образом, энергию колебания частиц в нашем случае представим через Екин и подразделим её на энергию хаотического движения составляющих вещества (атомов и молекул), именуя её Екин и на энергию внутреннего хаотического движения в самих атомах или молекулах, именуя её Евн.

Ниже приведём пример отображающий зависимость температуры вещества в движении от распределения энергии хаотического движения частиц в веществе.

В данном примере будем рассматривать часть Еполн.вн вещества состоящую только из энергии движения атомов и суммарной энергии хаотического движения частиц ядра и колебательного движения электронов на орбиталях поскольку именно эта часть полной энергии напрямую связанна с температурой. Также, здесь и в дальнейшем будем

рассматривать простые вещества с атомарной структурой.

Итак, допустим, что существует два разных вещества и для одинаковых масс и начальных скоростей стремящихся к нулю в них существует некоторое распределение энергий:

1-ое вещество: Еполн.вн.1о= Екин.1о+Евн.1о=10+10=20 (2)

2-ое вещество: Еполн.вн.2о=Екин.2о+Евн.2о=10+5=15 (3)

После того, как вещества разогнали до какой-то скорости v=v1=v2, исходя из формулировки (1) приведенной выше можно сказать, что изменение энергии Екин и Евн будет носить следующий характер:

Екин=Екин.о*а;

Евн=åЕкинчаст =åЕкин.очаст *а=Евн.о*а;

где а=(1-v22).

При этом понятно, что соответствующие энергии в веществах изменятся в одно и тоже количество раз. То есть, допустим, а=0,5, тогда:

1-ое вещество: Еполн.вн.1=Екин.1+Евн.1=5+5=10 (4)

2-ое вещество: Еполн.вн.2=Екин.2+Евн.2=5+2,5=7,5 (5)

Как видно, Екин1 и Екин2 при скорости v веществ остались равными как и в начальных условиях. Так и было бы, если не зависимость долевого соотношения Екин. и Евн. видов энергии от величины Т вещества. Поясним это на примере макромодели атомов:

Пусть есть два шарика. Они разгоняются с большой скоростью и врезаются друг в друга (центрированный удар), продолжая движение в сторону большей скорости, в первом случае и, двигаясь очень медленно, сталкиваются гораздо менее центрировано во втором случае. Ясно, что в первом случае гораздо большее количество энергии, относительно полной переданной в систему двух шариков, перейдёт в шарик, чем во втором случае. То же самое наблюдается в случае с нагретым и охлаждённым веществом соответственно и представляет собой зависимость, показанную на рис.1.1.1:


Рис.1.1.1. Зависимость доли внутренней энергии атома от величины температуры вещества.

Пояснить зависимость, приведённую на (рис.1.1.1), можно так. Чем больше температура вещества, тем больше количество центрированных ударов атомов-главных подпитывателей Евн. И при этом, естественно, большая часть энергии от Еполн.вн идёт во внутреннюю энергию атома.

По этому можно сказать, возвращаясь к примеру, что с уменьшением температуры отношение Евн / Екин уменьшается, то есть часть внутренней энергии атомов переходит в Екин движения атомов. А поскольку, соотношение Евн / Екин, которое было получено в (4) и (5), соответствует небалансу, то избыточная энергия высвобождается, параллельно увеличивая кинетическую энергию целых атомов (Екин).

Причём необходимо отметить, что величина высвобождающейся энергии прямо пропорциональна величине доли Евн в веществе (Евн*), поэтому в случае с первым веществом на увеличение Екин пойдёт большая энергия. Тем самым мы определили, что с увеличением скорости вещество теряет кинетическую энергию целых атомов тем интенсивнее, чем меньше доля внутренней энергии атомов (Евн*) в этом веществе. А значит, и величина температуры движущегося тела пропорциональна величине Евн* в веществе. Примем это и для последующего расчёта.

б).Покоящееся вещество охлаждается.

В 2001 году американскими учёными был сделан эксперимент по остановке светового потока в охлаждённой среде.

На основе этого мы можем считать, что не только электромагнитные (ЭМ) кванты света тормозятся в охлаждённом веществе, но и ЭМ поле как таковое при передвижении в веществе во время его охлаждения тоже будет уменьшать свою скорость относительно тела .

Таким образом ,если рассмотреть некоторое ЭМ поле перемещающееся в охлаждаемом веществе , то оно будет замедлять свою скорость стремясь к остановке. Тогда если сравнить системы вещества в которых движется ЭМ поле во время движения вещества с ускорением и стремлением к скорости (с) и во время охлаждения оного при стремлении Т вещества к абсолютному нулю, то для ЭМ поля перемещающегося в данном веществе эти системы будут одинаковы. И в системе движущегося тела ЭМ поле летящее в нём будет также уменьшать свою скорость относительно этого тела. (Если хотите можем считать это за обоснованное предположение).

Итак, опираясь на вышесказанное, надо сделать вывод:

Для последующего объяснения явления сверхпроводимости будем считать, что скорость (v1) ЭМ волны в веществе при разгоне оного или при охлаждении меняется относительно этого вещества по одному и тому же закону:

Пусть Еполн.вн0=Е для вещества массой (m). Данное вещество в первом случае охлаждается с отбором DЕполн.вн и покоится ;Во втором случае данное вещество разгоняется до определённой скорости (v) при которой происходит отбор DЕполн.вн равный по величине отбору в первом случае. Тогда скорости волны в веществе относительного данного вещества можно считать равными в обоих случаях.

Теперь, используя факт об уменьшении скорости ЭМ поля, попробуем привести новое объяснение явления сверхпроводимости. Итак, считая, что замедление происходит не только у фотонов, но и у ЭМ поля окружающего движущийся заряд в проводнике.

При этом, двигаясь в охлаждённом веществе, электрон остаётся связанным со своим полем посредством которого происходит взаимодействие с другими зарядами. Но если представить, что скорость поля электрона при какой-то температуре вещества уже не может быть больше некой скорости (v1) относительно данного вещества, то будет ясно, что с дальнейшим уменьшением температуры вещества должно происходить и дальнейшее уменьшение предельной скорости поля заряда (v1). А поскольку электрон связан со своим полем, то по идее и его скорость должна уменьшаться со снижением Т вещества, что должно неминуемо приводить к уменьшению D g/D t через сечение вещества, то есть самого тока. А это будет наоборот свидетельствовать об уменьшении проводимости вещества с уменьшением Т вещества, что естественно противоречит происходящему на самом деле.

Представим детально, что происходит с электроном в процессе движения. Возьмём в качестве примера случай:

Существует проводник с током при нормальных условиях. Отдельно взятый электрон в нём движется со скоростью (vэл). Начинается охлаждение вещества. Планка скорости поля электрона (предельная скорость поля) (v1) относительно вещества начинает снижаться, и при каком-то значении Т вещества планка скорости опустилась ниже первоначальной скорости электрона, и сам электрон, будучи инерциальной частицей, не сумел успеть так же снизить скорость. И если взять какой-то отдельный момент времени после того как (v1) поля стала меньше чем первоначальная скорость электрона, то мы будем иметь следующее соотношение: vэл > vполя.

Но если учесть полное соответствие условий охлаждённого тела и движущегося со скоростью (v) ,то возникает вопрос:

Если считать электрон в движущемся теле одной из составных частиц этого тела, то, исходя из вышеопределённого поведения частиц движущегося тела, электрон также должен уменьшить энергию своего движения в теле относительно системы покоя. И при стремлении макрообъекта к скорости (с) электрон, как являющийся составной частицей оного, будет уменьшать энергию своего движения в теле до нуля. Следовательно, принимая полное соответствие вышеозначенных состояний вещества (движения и охлаждения), можно прийти к выводу, что в охлаждённом проводнике заряды тормозятся, чего на самом деле не происходит.

Но заметим, что подобное поведение электрона свойственно ему только когда он пренадлежит непосредственно движущемуся объекту.

Поясним это:

Электрон свободно летящий в пределах систем движущегося тела и охлаждаемого тела нельзя считать подчиняющимся одному закону движения , поскольку в движущемся теле энергия передаваемая телу является энергией пренадлежащей системе движущегося тела, поэтому преобретённая кинетическая энергия электрона относительно данного тела наблюдаемого со стороны покоя будет стремиться к нулю. В то время когда электрон свободно летящий в пределах тела покоящегося и охлаждаемого может получить энергию на движение в данном теле абсолютно непренадлежащюю этому телу. Значит движение электрона в этих двух случаях нельзя считать одинаковым. И будем считать, что электрон движется в охлажденной покоящейся среде не по закону соответствующему среде движущегося тела.

Итак, положим, что электрон может иметь скорость большую, чем планка скорости поля (v1) в охлаждённом покоящемся теле.

Но в тоже время, когда наступает момент vэл > vполя в проводнике нельзя сказать, что электрон движется отдельно от собственного поля, поскольку источник энергии и сама энергия неразрывно связаны между собой, и сама энергия не может направленно двигаться вдоль проводника без источника. Поэтому фактически получается, что поле не двигается с какой-то скоростью vполя = v 1 < vэл, а, будучи неразрывно связанным с электроном, двигается со скоростью большей чем скорость планки (v1). Полагая это, фактически мы утверждаем, что поле электрона движется со скоростью больше его нормальной скорости (скорости (с)), поскольку, как указывалось выше, (v1) идентично скорости (с). (В этом понимании скорости (с) имеется в виду именно текущая скорость ЭМ поля , а не 300000 км/ч).

Ясно, что в этом случае поле уже нельзя представлять соответствующим нормальному состоянию. Оно как-то изменяется.

Для того чтобы определить данное состояние полезно обратиться именно к сверхпроводимости.

Известно, что в процессе сверхпроводимости электроны практически не испытывают торможения со стороны ЭМ сил кристаллической решётки и соединяются при этом в пары (куперовские пары). Тем самым приняв это к сведению, можно сделать следующий вывод:

Предположим, что с движением поля со скоростью vполя > с , его интенсивность (плотность) ,а следовательно и сила (Fполя) будет снижена по следующему закону рассмотренному на рис.1.1.2. :

Рис.1.1.2. Зависимость силы взаимодействия частиц от скорости поля.

где сила взаимодействия между заряженными частицами выражается по следующей формуле:

Fполя=Fполя о*exp(b*(c-vч)), для vч > c (считается, что скорость статического поля частицы равна скорости частицы);

где b -коэфициент большой кратности.

Положив это за основу, станет ясно, что такие явления как уменьшение противодействия КР вещества движению электронов и сцепление их в пары является прямым следствием данного изменения Fполя. Причём явление образования куперовских пар несёт в себе очень значимый смысл, заключающийся в том, что снижаясь сила электростатического поля заряда позволяет частицам квазибеспрепятственно входить в зону действия ядерных сил и сцепляться воедино. Но это явление мы рассмотрим более подробно ниже.

Итак, возвращаясь к объяснению явления сверхпроводимости, подведём итоговую черту.

В процессе снижения температуры вещества происходит именно не отставание поля от электрона, а снижение его интенсивности по вышеизложенному закону. То есть данное снижение возможно только для поля которое связано с источником и является фактически ведомым в процессе движения (опять-таки из-за инерциальности электрона), а не ведущим.

И поскольку эта интенсивность поля снижается резко, то есть сразу же после преодоления планки скорости v1 поля, то и сверхпроводимость ("мгновенное" уменьшение ЭМ сопротивления со стороны КР вещества движению электрона) так же наступает при очень малом изменении температуры.

В добавок электрон при таком движении испытывает кратносниженное взаимодействие не только с КР вещества но и со внешним полем наведенным разностью потенциалов. И при этом он практически беспрепятственно покидает пространство сверхпроводника (СП). Но как только электрон попадает в пространство вокруг СП планка скорости его собственного поля (v1) в этом пространстве кратно поднимается, так что скорость электрона (vэл) становится опять много меньше скорости поля (v1) и интенсивность поля электрона приобретает практически своё первоначальное значение. При этом электрон попросту втягивается обратно в пространство СП ионами КР. Траектория движения электрона показана на рис.1.1.3:

Рис. 1.1.3. Траектория движения электрона при СП.

где Еу1 -ускоряющая энергия движения электрона; Ет -тормозящая энергия поля кристаллической решётки; Еу2 -ускоряющая энергия поля кристаллической решётки.

Подводя черту под вышесказанным, подытожим, что поскольку данное значение планки скорости поля при пересечении которой электроном наступает состояние сверхпроводимости для всех металлов одинаково (vэл в проводниках будем принимать квазиодинаковыми для металлов, случай с соединениями будет рассмотрен ниже) то, следовательно, температуры разных веществ при которых планка поля опускается до заветного значения будут разные. И как указано выше, величина Т вещества охлаждаемого в результате набора скорости пропорциональна величине доли внутренней энергии атомов в веществе (Евн*). И значит, исходя из сравнения покоящегося охлаждающегося вещества и движущегося вещества, можно сказать, что прямую зависимость имеет и температура перехода в сверхпроводимость от Евн*. Значит можно установить равенство между этими параметрами через коэфициент пропорциональности Тсп = к*Евн*.

1.2.Определение зависимости Тсп(Fa/ma).

Итак, на основании определённой в пункте 1.1 закономерности выведем качественную зависимость температуры перехода в сверхпроводимость (Тсп) вещества от параметров вещества. Начнём с того, что представим, от чего может зависеть величина Евн*.

Прежде всего, существует зависимость Евн* от массы атома, а точнее от количества хаотического движения, которое может быть запасено атомом.

И также можно сказать, что величина Евн* зависит, в том числе, и от силы взаимосвязи между частицей и окружающими её частицами в кристаллической решётке.

Таким образом, для того, чтобы учесть оба фактора влияния рассмотрим в качестве аргумента их отношения, а именно, Fa/ma. И определим качественно зависимость Евн*(Fa/ma). А поскольку Евн* и Тсп разделяет коэффициент пропорциональности, рассмотрим зависимость Тсп (Fa/ma) пропорциональной зависимости Евн*(Fa/ma).

Определение составляющих кривых зависимости Тсп (Fa/ma).

Поскольку, величина Тсп вещества зависит от соотношения (Fa/ma), но по разному от Fa и от ma, то мы будем использовать упрощённую схему функции, принимая полную зависимость как сумму составляющих кривых с изменением только одного из двух факторов (Fa или ma) в каждой из кривых.

Рассмотрим зависимости Тсп ( Fa/ma ) соответственно при изменении ma и при изменении Fa ( кривые 1 и 2) на рисунке1.2.1:

Рис.1.2.1. Зависимости Тсп ( Fa/ma ) .

а) Кривая 1 определяет зависимость Евн* от изменения в отношении (Fa/ma) массы частицы, при этом ясно, что чем меньше масса ma, тем меньше Евн* (так как меньше количество носителей Евн в атоме) может быть запасена и наоборот.

б) Но для тех же веществ действует кривая 2, которая определяет, что при увеличении Fa в отношении (Fa/ma) увеличивается сила противодействия между частицами, в результате чего доля Екин уменьшается в веществе, и большая доля энергии из полной внутренней энергии вещества соответствует внутренней энергии (Евн) атомов.

В результате сложения двух кривых получаем кривую полной зависимости Тсп (Fa/ma) обозначенную на рисунке 1.2.1. под цифрой 3.

Далее определим характерные части результирующей зависимости:

А. При Fa/ma ® ¥ при изменении либо Fa ® ¥ или ma ® 0, неважно, но можно всеравно представить вещество как систему из атомов с ничтожно малой массой и большой силой противодействия между ними.

При этом противодействие хотя и велико, но Евн не возможно накопить в атоме так как в нём бесконечно мало количество носителей внутренней энергии и хаотическое движение частиц в атоме, обуславливающее Евн стремится к нулю (то есть атом из одной частицы практически не может иметь Евн так как вся энергия переданная ему будет лишь направленной кинетической энергией всего атома).

Б. Fa/ma ® 0

Данную часть кривой можно объяснить тем, что уменьшение силы противодействия хотя и уменьшает количество передаваемой Евн в атом, но с увеличением массы атома растёт и его инерциальность (т.е. уменьшение подвижности), что равносильно росту силы противодействия, плюс к тому растёт и энергоёмкость атома. Именно по этому после некоторого спада за счёт снижения Fa зависимость снова начинает расти.

Для того, чтобы на практике показать как прослеживается данная зависимость Тсп (Fa/ma) прибегнем к использованию макропараметров которые пропорциональны параметрам Fa и ma.

Определим данные параметры.

Пусть существует система взаимосвязи двух частиц показанная на рис.1.2.2:

Рис.1.2.2. Физическая модель взаимосвязи двух частиц.

где Fa/- сила взаимосвязи между двумя атомами,; ma- масса частицы

В сечении одного метра квадратного вещества существует N подобных взаимосвязей:

N= r s/ma, (8)

где r s - поверхностная плотность вещества в приграничном слое сечения (кг/м2);