Асқын өткізгіштік. Физика, 10 сынып, дидактикалық материал.

Дидактикалық материал

Металдағы токты еркiн электрондар туғызады. Олардың концентрациясы үлкен болады және металл атомдарының концентрациясымен бiр реттi болады.

Металдар электр өткiзгiштiгiнiң классикалық электрондық теориясының негiзiнде келесi ұйғарымдар жатады:

1) металдағы еркiн электрондар өздерiн идеал газ молекулары төрiздi ұстайды; “электрондық газ" идеал газ заңдарына бағынады;

2) ретсiз қозғалыс кезiнде еркiн электрондар өзара соқтығыспайды ( идеал газ молекулалары төрiздi), олар кристалдық торлардың иондарымен соқтығысады;

3) электрондар иондармен соқтығысқанда өздерiнiң кинетикалық энергиясын толығымен бередi.

Металдағы электрондардың реттелген қозғалысының орташа жылдамдығы өткiзгiштiң берiлген нүктесiндегi элекр өрiсiнiң кернеулiгiне пропорционал болады:

(7.1)

мұндағы е- электрон заряды, m- оның массасы, - тектелес екi соқтығудың арасындағы орташа уақыт (электронның еркiн жолының орташа уақыты).

Температураның өзгеруiне қарай өткiзгiш кедергiсi өзгередi. Егер T₀= 273^oK (0^oC)-да өткiзгiш кедергiсi R₀-ге тең, ал T температурада R-ға тең болса, онда кедергiнiң салыстырмалы өзгеруi, тәжiрибиенiң көрсетуi бойынша, ΔT температураның өзгеруiне тура пропорционал:

(7.7)

мұндағы α - кедергiнiң температуралық коэффициентi, ол сан жағынын өткiзгiштi 1^oК қыздырғандағы кедергiнiң салыстырмалы өзгерiсiне тең.

(7.2)-i келесi түрде жазайық:

R = R₀(1+αδT). (7.8)

Бұл тәуелдiлiк 7.1 суретте көрсетiлген.

Секірмелі түрде кедергінің азаюы кезіндегі температура асқын өткізгіштік күйге ауысу температурасы немесе сындық температура деп аталып, _с деп белгіленді. Сол _с температурадан төмен температураларда ток металда ешбір кедергісіз өтеді. Электрлік кедергінің болмауы токтың ағуы кезінде энергияның шығыны болмайды дегенді білдіреді. Кәдімгі асқын өткізгіш емес металдардан токтың ағуы кезіндегі жылулық шығын өткізгіш кедергісімен шартталған. Мұны Джоуль – Ленц заңынан көреміз:

мұндағы -өткізгіштен бөлінген жылу мөлшері, -ток күші, -өткізгіш кедергісі, -уақыт. Асқын өткізгіште электрондар кедергіге кездеспейді және энергия шығындалмайды. Сондықтан асқын өткізгіштерде ток өшпейді. 1959 жылы мынадай эксперимент жүргізген. Асқын өткізгіш токты металл сақинадан өткізген. 2,5 жылдан соң приборлар токтың кемімегенін көрсеткен. Жылулық шығындалудың болмауы сақина арқылы токтың циркуляция уақыты практика жүзінде шексіз үлкен екеніне әкеледі.

1911 жылы Камерлинг-Оннес сынапты бiртiндеп мұздатқанда, оның кедергiсi әуелi сызықты заңдылықпен азайып, ал температура 4,15 К-ге жеткенде кенет 0-ге дейiн төмендейтiнiң ашты. Бұл құбылыс асқын өтгiзгiштiк деп аталады. 0-ге тең емес температурада асқын өткiзгiштiк күйге ауыса алатын материалды асқын өткiзгiштер дейдi.

Асқын өткiзгiштен ток өткенде энергия шығыны болмайды, өткенi асқын өткiзгiштiк күйдегi сақинада бiр қоздырылған электр тогы барынша ұзақ уақыт өзгермейдi.

Асқын өткiзгiштер пратикада кеңiнен қолданылады, олар электромагниттерде пайдаланылады. Электромагнитттерде пайда болған магнит өрiсi ұзақ уақыт аралығында болады, өткенi асқын өткiзгiштi орамаларда жылу бөлiну болмайды. Бiрақ асқын өткiзгiштертердiң көмегiмен үлкен магнит өрiсiн құруға болмайтын айта кету керек. Өткенi үлкен магнит өрiсiнде асқын өткiзгiштiк күйi бұзылады. Өткiзгiштен ток өткенде, оның iшiнде және айналасында магнит өрiсi пайда болады. Асқын өткiзгiштен едәуiр ток өткенде, оның асқын өткiзгiштiгi жойылады. Асқын өткiзгiштен едәуiр ток өткенде үлкен магнит өрiсi пайда болады да, асқын өткiзгiштiк жойылады. Сондықтан, әрбiр өткiзгiштiң асқын өткiзгiштiк күйi үшiн оның осы күйiн бiлдiретiн ток күшiнiң кризистiк мәнi болады.

Асқын өткiзгiш магниттер магнитогидродинамикалық генераторларда, элементар бөлшектердi үдеткiш құрылығыларда пайдалынады. Асқын өткiзгiштi электiрлiк берiлiс жолдарын құрылуы зерттелiп жатыр.

Жоғарғы температурадағы асқын өткiзгiштiң ашылуы бүкiл электротехника, радиотехника және ЭВМ – дi конструкциялауда жаңа техникалық төнкерiске жеткiзу мүмкiн.

Сілтемелер:

https://allrefrs.ru/4-33190.html

https://mydocx.ru/11-105429.html