Реферат: Реальные системы и фазовые переходы - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Реальные системы и фазовые переходы

Банк рефератов / Физика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 266 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Оглавление. 1. Введение …………………………………………………………….. 2 2. Фазовые переходы первого и второ го рода ………………………..4 3. Идеальный газ …… ………………………………………………….7 4. Реальный газ ……… ………………………………………………... . 8 5. Молекулярно – кинетическая теор ия критических явлений ….… . 9 6. Сверхтекучесть … …………………………………………………..11 7. Сверхпроводимость ………………………………………………..13 7.1 Открытие сверхпроводимости ………………….….. . 13 7.2 Электрон – фононное взаимодействие ……………. . 14 7.3 Сверхпрово дники первого и второго рода ………...16 7.4 Рецепт изго товления сверхпроводника ……………. 1 7 7.5 Техника без опасности ……………………………….18 7.6 Эффект Майс нера ……………………………………20 8. Заключение ………………………….……………………….22 9. Список литературы ………………………………………… . 2 5 1. Введе ние. Фазами назыв ают однородные различные части физико-химических систем. Однородным яв ляется вещество, когда все параметры состояния вещества одинаковы во вс ех его объемах, размеры которых велики по сравнению с межатомными состоя ниями. Смеси различных газов всегда составляют одну фазу, если во всем об ъеме они находятся в одинаковых концентрациях. Одно и то же вещество в зависимости от внешних усло вий может быть в одном из трех агрегатных состояний – жидком, твердом ил и газообразном. В зависимости от внешних условий может находиться в одной фазе, либо сразу в нескольки х фазах. В окружающей нас природе мы особенно часто наблюдаем фазовые пе реходы воды. Например: испарение, конденсация. Существуют такие условия давления и температуры, при которых вещество находится в равновесии в ра зличных фазах. Например, при сжижении газа в состоянии равновесия фаз об ъем, может быть каким угодно, а температура перехода связана с давлением насыщенного пара. Температуры, при которых происходят переходы из одной фазы в другую, называются температурами перехода. Они зависят от давлени я, хотя и в различной степени: температура плавления – слабее, температу ра парообразования и сублимации – сильнее. При н ор мальном и постоянном давлении переход происходит при определенном значении температуры, и здесь имеют место точки плавле ния, кипения и сублимации (или возгонки.). Сублимация - это п ереход вещества из твердого состояния в газо образное можно наблюдать, например, в оболочках кометных хвостов. Когда комета находится далеко от солнца, почти вся ее масса сосредоточена в ее ядре, имеющем размеры 10-12 километров. Ядро, окруженное небольшой оболочко й газа – это так называемая голова кометы. При приближении к Солнцу ядро и оболочки кометы начинают нагреваться, вероятность сублимации растет, а десублимации – уменьшается. Вырывающиеся из ядра кометы газы увлекаю т за собой и твердые частицы, голова кометы увеличивается в объеме и ста новится газопылевой по составу. 2. Фа зовые переходы первого и второго рода. Фазовые пере ходы бывают нескольких родов. Изменения агрегатных состояний вещества называют фазовыми переходами первого рода, если: 1)Температура постоянна во время всего перехода. 2)Меняется объем системы. 3) Меняется энтропия системы. Чтобы произошел такой фазовый переход, нужно данно й массе вещества пообшить определенное количество тепла, соответствую щего скрытой теплоте превращения. В самом деле, при переходе конденсиров анной фазы в фазу с меньшей плотностью нужно сообщить некоторое количес тво энергии в форме теплоты, которое пойдет на разрушение кристаллическ ой решетки (при плавлении) или на удаление молекул жидкости друг об друга (при парообразовании). Во вре мя преобразования скрытая теплота пойдет на преобразование сил сцепле ния, интенсивность теплового движения не изменится, в результате темпер атура останется постоянной. При таком переходе степень беспорядка, след овательно, и энтропия, возрастает. Если процесс идет в обратном направле нии, то скрытая теплота выделяется. К фазовым переходам первого рода отн осятся: превращение твердого тела в жидкое (плавления) и обратный процес с (кристаллизация), жидкого - в пар (испарение, кипение). Одной кристалличес кой модификации - в другую (полиморфные превращения). К фазовым переходам второго рода относится: переход нормального проводника в сверхпроводя щее состояние, гелий-1 в сверхтекучий гелий-2, ферромагнетика – в парамагн етик. Такие металлы, как железо, кобальт, никель и гад олиний, выделяются своей способностью сильно намагничиваются и долго с охранять состояние намагниченности. Их называют ферромагнетиками. Бол ьшинство металлов (щелочные и щелочноземельные металлы и значительная часть переходных металлов) слабо намагничиваются и не сохраняют это сос тояние вне магнитного поля – это парамагнетики. Фазовые п ереходы второго, третьего и так далее родов связаны с порядком тех произ водных термодинамического потенциала ∂ф, которые испытывают конечны е измерения в точке перехода, Такая классификация фазовых превращений с вязана с работами физика - теоретика Пауля Эрнеста (1880 -1933). Так, в случае фазов ого перехода второго рода в то чке перехода испытывают скачки производные второго порядка: теплоемко сть при постоянном давлении Cp =- T (∂ф 2 /∂ T 2 ), сжимаем ость в =-(1/ V 0 )(∂ 2 ф/∂ p 2 ), коэффиц иент теплового расширения б =(1/ V 0 )(∂ 2 ф/∂Tp), тогда ка к первые производные остаются непрерывными. Это означает отсутствие вы деления (поглощения) тепла и изменения удельного объема (ф - термодинамич еский потенциал). Состояние фазового равновесия характеризуется оп ределенной связью между температурой фазового превращения и давлением . Численно эта зависимость для фазовых переходов даётся уравнением Клап ейрона-Клаузиуса: p / T = q / T V . Исследования при низких температурах – очень важ ный раздел физики. Дело в том, что таким образом можно избавиться от помех связанных с хаотическим тепловым движением и изучать явления в “чистом ” виде. Особенно важно это при исследовании квантовых закономерностей. Обычно из-за хаотического теплового движения происходит усреднение фи зической величины по большому числу её различных значений и квантовые с качки “смазываются”. Низкие температуры (криогенные температуры), в физи ке и криогенной технике диапазон температур ниже 120°К (0°с=273°К); работы Карн о (работал над тепловым двигателем) и Клаузиуса положили начало исследов аниям свойств газов и паров, или технической термодинамике. В 1850 году Клау зиус заметил, что насыщенный водяной пар при расширении частично конден сируется , а при сжатии переходит в перег ретое состояние. Особый вклад в развитие этой научной дисципл ины внес Реню. Собственный объем молекул газа при комнатной температуре составляет примерно одну тысячную объема, занимаемого газом. Кроме того , молекулы притягиваются друг к другу на расстояниях, превышающих те, с ко то рых начинается их отталкивание. 3. Идеал ьный газ. Идеальный газ, идеализированная модель газа; в идеальном газе силы взаимодействия между частицами (атомами, молекулами) пренебрежимо малы. К идеальным газ ам близки разряженные реальные газы при температурах, далеких от темпер атуры и конденсации. Зависимость давления идеального газа от его темпер атуры и плотности выражается уравнения Клапейрона, (Клаперона-Менделее ва уравнение), найденная Б.П. Э. Клапейроном (1834) зависимость между физическ ими величинами, определяющими состояние идеального газа (давлением р, об ъемом V , и абсолютной т емпературой Т): PV = BT , где коэффициент В завис ит от массы газов М и его молекулярной массы. Для одного моля идеального г аза pV = RT , где R -газовая постоянная. Если моляр ная масса газа м, то pV = M / м * RT . 4. Реаль ный газ. Реальн ый газ, отличается от идеального газа существованием взаимодействия ме жду его частицами (молекулами, атомами). При малых плотностях наличие меж молекулярного взаимодействия учитывается вириальным уравнением сост ояния реального газа: pV = RT [1+ B ( T )/х+ C ( T )/х 2 +…], где р - давлени е, х – молярный объем, Т – абсолютная температура, R – газовая постоянная, В(Т), С(Т) и так далее – вириальные коэффициенты, зависящие от температуры и характ еризующие парные, тройные и так далее взаимодействия частиц в газе. Существуют и другие полуэмпирические и теоретические уравнения состояния реальных газов, наприме р: уравнение Ван дер Ваальса (нидерландского физика), предложенное Ван де р Вальсом (1873г) уравнение состояния реального газа, учитывающее конечност ь объема молекул и наличие межмолекулярных сил притяжения; для одного мо ля газа имеет вид: (р+а/ V 2 ) ( v - b )= RT , где р – давление, V – объем одного моля, T – абсолютная температура, R – универсальная газ овая постоянная, a и b постоянные, характер изующие взаимодействие молекул данного вещества. Третье начало термодинамики: по мере приближения температуры к 0 K . Энтропия всякой равновесной системе при изотермических процессах перестает зависеть от каких- либо термод инамических параметров состояния и в пределе ( T =0 K ) принимает одну и туже для всех систем постоянную ве личину, которую можно принять равной нулю. Третье начало предсказывает в ырождение идеальных азов при низкой температуре. Как показало развитие квантовой статистики, такое вырождение действительно имеет место. Оно у казывает на недостаточность классической механики и основанной на ней к лассической статистики в области низких температур. Квантовая статист ика показывает, что третье начало термодинамики является микроскопиче ским проявлением квантовых свойств реальных систем при низких темпера турах. Свойства реальных систем изучались экспери ментально. 5. Молекулярно – кинетическая теория критических явлений. Вскоре после открытия закона Бойля – Мариотта (про изведение объема данной массы идеального газа на его давление постоянн о при постоянной температуре; установлен независимо Р. Бойлем (1660г) и Э. Мар иоттом (1676г)) были обнаружены отклонения от него: нидерландский физик Март ин Ван Марум установил, что при давлении 7 атмосфер газообразный аммиак п ереходит в жидкое состояние; примерно тогда же Лавуазье отметил роль охл аждения в изменении состояния газов. В середине прошлого века появились попытки учесть эти отклонения количественно, чтобы ввести поправки, но в се они были случайными и не связывались с критическими состояниями газо в. Ван-дер-Ваальс показал глубинную связь между жидким и газообразным со стояниями вещества, объяснил их непрерывный переход друг в друга и разви л молекулярно-кинетическую теорию критических явлений. Его теория позв олила предсказать существование неустойчивых состояний вещества. Посл е создания Гиббсом статистической механики наглядная теория Ван-дер-Ва альса была переведена на строгий математический язык. Гиббс дал разверн утое изложение метода термодинамических потенциалов и его применение к анализу равновесия. С позиции своего метода он единым образом исследов ал законы образования новой фазы, дал знаменитое правило фаз (в термодин амике: число равновесно сосуществующих в какой либо системе фаз не может быть больше числа образующих эти фазы компонентов плюс, как правило, 2 ) . Установле но Дж. У. Гиббсом в 1873-1876гг , рассмотрел поверх ностные и электрохимические явления, многокомпонентные системы и тому подобные. Развивая метод Гиббса, Дюгем в своих работах ввел термин «терм одинамический потенциал». Гиббс пришел к идее введения таких функций по сле исследования поведения функции (Е-Т S + p V ), когда заметил, что условие усто йчивого равновесия сводится к равенству б( Е-Т S +р V )=0. Экстремальные знач ения этой функции оказались необходимыми и достаточными условиями рав новесия систем при изобарно - изотермических процессах. В последствии эт у функцию назвали изобарно – изотермическим потенциалом, или потенциа лом Гиббса. Затем Гиббс установил, ч то термодинамические свойства системы можно описать еще тре мя функциями, обладающими свойствами потенциалов – внутренней энерги ей (диабатический потенциал) и тепловой функцией (энтальпия). В химическо й термодинамике важен и химический потенциал, введенный Гиббсом. С точки зрения статистической механики вывод урав нения состояния сводится к нахождению новой функции состояния свободн ой энергии F = E - TS как функции параметров p , T , V . Тогда уравнение состояния находится как p =- I ∂ I ± I ∂ VIT . Нужно было найти свободную энергию системы, вычислив соотве тствующий интервал, что было непростой задачей. Гиббс понимал, что для по лного описания системы, даваемого термодинамическими потенциалами, ну жно знание молекулярной структуры и характера взаимодействия частиц. П оэтому он разработал метод нахождения статистических аналогов для изо термического и химического потенциалов. Метод Гиббса был пригоден для л юбых систем, но математические трудности того времени не позволяли уйти от идеализированных моделей. 6. Сверхтекучесть. В 1945 году известный советский математик и физик-теор етик Н. Н. Боголюбов, разработавший более совершенный метод решения проб лем статистической физики, привел уравнения состояния реальных газов в виду: p =( NkT / V )(1= NB 1 ( T )/ V + N 2 B 2 / V 2 + N 3 B 3 / V 3 +…..), гд е B – функции темпера туры, называемые вириальными коэффициентами, которые определяются по з аконам взаимодействия молекул. при низких температурах становится воз можным наблюдать микроскопические квантовые явления – сверхпроводим ость и сверхтекучесть. Сверхтекучесть – это свойство квантовых жидкос тей – течь без трения. Впервые обнаружено в 1938 году советским ученым П.Л.Ка пицей в жидком гелии. При температурах ниже 2,17 К вязкость гелия обращаетс я в ноль, и он свободно протекает через очень узкие капилляры. Теоретичес кое объяснение явления сверхтекучести было дано в 1941 г оду советским ученым Л.Д.Ландау ( Ландау Лев Давидович (1908 - 1968), российский физик-теоретик, основатель научной школы, академик АН СССР (1946), Герой С оциалистического Труда (1954)). Труды во многих областях физики: магнетизм; све рхтекучесть и сверхпроводимость; физика твердого тела, атомного ядра и э лементарных частиц, физика плазмы; квантовая электродинамика; астрофиз ика и др. Автор классического курса теоретической физики ( совместно с Е. М. Лифшицем). Ленинская премия (1962), Государственная премия СС СР (1946, 1949, 1953), Нобелевская премия (1962). По теории Ландау, необычность гелия состоит в следующем: жидкий гелий су ществует в двух формах. В области температур от 4,2 до 2,18 К (так называемая - точка) он ведёт себя как классич еская жидкость – это гелий. Ниже - точки он состоит, как бы из двух жидкостей одна в едёт себя как гелий-1, другая проявляет свойства сверхтекучести – прово дит тепло без потерь, то есть. Её теплопроводность равна бесконечности. Н е оказывает сопротивления течению, или имеет нулевую вязкость, - это гели й-2. В - точке происходит фазовый переход между состояниями гелия. Относительное кол ичество каждой из компонент гелия зависит от температуры, причем его мож но определить измерением силы, действующей на предмет, движущийся в жидк ости. Опыты показывают, что при температуре ниже 1К практически весь гели й, находящийся в сверхтекучем состоянии. Атомы жидк ого гелия образуют единую квантовую систему, энергию и импульс которой м ожно изменить только сразу на конечную величину, скачком. Поэтому до опр еделенной скорости жидкий гелий течёт без трения, не замечая препятстви й, - обладает свойством сверхтекучести. Сверхтекучесть является коллект ивным эффектом. Атомы гелия имеют целый (нулевой) спин и поэтому скаплива ются в одинаковых состояниях. В результате квантовые свойства каждой ча стицы усиливаются. Спин. Элементарные частицы – это маленькие вращающи еся волчки. Они характеризуются моментом количества движения, или, кратк о, угловым моментом. Согласно квантовой механике, угловой момент системы может принимать не любые значения: его скачки равняются постоянной План ке ħ'68 (1,054*10 -34 *Дж*с), угловой момент элементарных час тиц естественно измерять в единицах Планке. Момент, измеренный в таких е диницах, называется спином. Спин гелия-4 атома гелия равен нулю, является б озоном, подчиняется статистике Бозе-Энштейна и поэтому не подчиняется з апрету Паули (Согласно принципу Паули: в каждом квантовом состоянии може т находиться только один электрон.), а изотоп гелия гелий-3, являющийся фер мионом, подчиняется запрету Паули и не дает явления сверхтекучести. При понижении температуры гелия энергия его атомов, естественно, уменьшает ся. При какой-то очень низкой температуре все они окажутся в самом низком энергетическом состоянии, поскольку запрет Паули для них не применим. И будут иметь одинаковые волновые функции. Атомы сверхтекучего гелия вед ут себя согласованно, как единое целое. Беспорядка в этой системе нет, энт ропия равна нулю. 7. Сверхпроводимость. Сверхпров одимость – весьма необычный феномен, отличающийся от всего того, к чему мы привыкли. Буквально это явление из иного мира. Мы живем в классическом мире, а сверхпроводимость явление квантовое, но в м акроскопических масштабах. Например, волновые функции в квантовой меха нике вводят искусственно, а в сверхпроводимости они выступают естестве нным образом как измеримые величины. 7.1 Открыти е сверхпроводимости. свойства сверхпроводников приме нение Соз дание магнитного поля Передача электроэнергии Обработка информаци и Нулев ое электрическое сопротивление + + + Больш ие передаваемые токи + + - Больш ое магнитное поле + - - Фазов ый переход - - + Квант овые эффекты - - + Сверхпроводимость наблюдалась впервые при охлажд ении ртути в 1911 году голландским ученым Гейке Каммерлинг-Оннесом. Исследования в области низких температур, первоначально имевшие чисто практическую направленность, при температуре 7,2 K сопротивление свинцового п роводника внезапно снизилось в миллионы раз и практически исчезло . Это странное явление получило название сверхпров одимости. Явление сверхпроводимости можно понять и обосновать только с помощью квантовых представлений. Почти полвека су щность этого явления оставалась нерасшифрованной, из-за того, что методы квантовой механики еще не в полной мере использовались в физике твердог о тела. В одном из экспериментов в сделанном из чистого сви нца кольце был наведен ток в несколько сотен ампер. Через год оказалось, ч то ток все еще продолжает идти в кольце, и величина его не изменилась, то е сть сопротивление свинца было равно нулю! За открытие сверхпроводимости Камерлинг-Оннес был удост о ен лауреата Нобелевской премии. 7.2 Электрон – фононное взаимодействие. Явление св ерхпроводимости и сверхтекучести представляют собой макроскопически й квантовый эффект. Братья Фриц и Гейнц Лондон создали феноменологическ ую теорию сверхпроводимости. В 1950 году английский физик Герберт Фрелих ра зработал теорию сверхпроводимости, связав ее с электрон-фононным взаим одействием, поскольку электроны взаимодействовали через упругие колеб ания кристаллической решетки (которым и сопоста вл ялись квазичастицы - фононы). Рассмотрим подробнее м еханизм возникновения электронных пар, связанных силами притяжения, ко торые чащ е называют куперовскими парам. При движении электрона в сверхпроводнике при Т < Т кр. положительные ионы, находящиеся в узлах кристаллической реш етки (пересечения пунктирных линий на рис.1 ) , притягиваются к электрону, смещаетс я от положения равновесия в его сторон у. Последующее кулоновское отталкивани е положительных ионов приводит к распространению по решетке упругой во лны. Второй электрон, находящийся достаточно далеко от первог о, притягивается в его сторону смещающимся навстречу положительным ион ом решетки. Подобное притяжение между парой электр онов может возникать, даже если они находятся друг от друга на расстояни и, в тысячи раз превышающее период решетки (расстояние между соседними у злами). Движение электронов в паре перестает быть независимым. Благодаря притяжению между электронами в паре оно становится согласованным. Прит яжение между электронами препятствует столкновению каждого из них в от дельности с ионами решетки. Электроны в сверхпрово днике (в отличие от обычного проводника) являются «единым коллективом» к уперовских пар. Электрический ток в сверхпроводнике обусловлен соглас ованным движением куперовских пар электронов. Чем сильнее взаимодействие электронов с решеткой, тем сильнее их притяжени е друг к другу, тем легче образуются куперовски е пар ы. Для хороших проводников ( Ag , Cu , Au ) это взаимодействие мало, поэтому такие проводники не переходят в сверх проводящее состояние. При Т>Т кр. Хаотическое движение ионов доминирует над упорядоченным: куперовские пары разрушаются, и электроны движутся по кристаллу независимо , как в обычном проводнике. Сверхпроводящие свойства пр оводников исчезают при пропускании через них сильного электрического тока, создающего магнитное поле, разрушающее сверхпроводящее состояни е сверхпроводников. Учетные из Окриджской национальной лаборатории (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) продемонстрировали возможность сохранения эффекта сверхпр оводимости в присутствии сильного магнитного поля. Таким образом, сдела н очередной шаг, который может расширить практическое применение сверх проводимости. Суть метода состоит в формировании в толще сверхпроводни ка своеобразных самосовмещенных линий из «наноточек», не обладающих св ойством сверхпроводимости. Напомним, эффект сверхпроводимости возника ет при низких температурах. За годы исследований ученым удалось повысит ь температуру, при котором явление имеет место, заменив охлаждение с исп ользованием жидкого гелия, применявшегося в старых системах, на более пр актичное охлаждение с использованием жидкого азота. Тем не менее, для мн огих областей применения сверхпроводимости препятствием оставались м агнитные поля. Проблема заключалась в том, что силы, возникающие между ат омами сверхпроводника, заставляли их двигаться под действием магнитно го поля, создавая электрическое сопротивление и вызывая рассеивание эн ергии. «Встраивая» в сверхпроводник «наноточки» - микроскопические пор ции вещества с низкой проводимостью - ученым удалось зафиксировать подв ижные участки и обеспечить беспрепятственное прохождение тока сверхпр оводимости. Результаты работы, выполненной в ORNL, повышают шансы на исполь зование сверхпроводников в моторах, генераторах, системах противовозд ушной обороны и других приложениях, где оно было ограничено негативным в лиянием магнитных полей. 7.3 Сверхпроводники первого и второго рода. По своим маг нитным свойствам сверхпроводники делятся на сверхпроводники Й и ЙЙ рода. К све рхпроводникам Й рода относятся все элементы-сверхпроводники кроме нио бия. Ниобий, сверхпроводящие сплавы и химические соединения являются св ерхпроводниками ЙЙ рода. Главное отличие этих двух групп сверхпроводни ков заключается в том, что они по-разному откликаются на внешнее магнитн ое поле. Основным препятствие м для широкого применения металлических сверхпров одников является необходимость их эксплуатации п ри сверхнизкой температуре. Использование для их охлаждения жидкого ге лия при Т=4К создает значительные трудности и не всегда оправданно эконо мически. При сверхнизких температурах тепловое дв ижение в веществе практически прекращается, и под воздействием электро нов возникают слабые колебания атомов. Эти колебания, похожие на звуковы е волны, но имеющие квантовый характер, советский физик Игорь Евгеньевич Тамм назвал фононами. Современная теория сверхпроводимости – БКШ – те ория (Бардин, Купер, Шриффер – лауреаты Нобелевской премии за 1972 год) была опубликована в 1957 году. Как можно понять из ее объ яснения, она представля ет собой микроскопиче скую теорию сверхпроводимости, основанную на тех же положениях, что и те ория Ландау. В БКШ – теории исследованы также электра и термодинамическ ие свойства сверхпроводников. Поиск сверхпроводнико в с большой критической температурой привел к получению в 1988 – 1989 гг. высок отемпературных металлокерамических сплавов ( Ba - Yt - Cu - O ) и ( Tl - Ca - Ba - Cu - O ) с большой кри тической температурой ( с м. таблицу 1). Получение сверхп роводящих состояний для этих сплавов возможно с помощью недорогого и бе зопасного в эксплуатации жидкого азота, имеющего температуру кипения 77К . наибольшее наблюдавшееся значение Т кр составляет ~ 20К. В настоящее время усилия физиков направлены на получение свер хпроводников с критической температурой, близкой к комнатной. Эти сверх проводники должны удовлетворять высоким требованиям к механической пр очности и химической стабильности. Механизм сверхпроводимости у так на зываемых высокотемпературных сверхпроводников (сТк ?'98100К) пока не известен. По крайней мере, один материал из числа вновь открыт ых и открываемых сверхпроводников можно изготовить под руководством у чителя физики (и химии). Сверхпроводник состава Y - Ba - Cu - O . В качестве исходных к омпонентов понадобятся: окись иттрия Y 2 O 3 , углекислый барий BaCO 3 и окись CuO . 7.4 Рецепт изготовления сверхпроводника. Рецепт: 1) Возьмите 1,13г. окиси иттрия, 3,95г. углекислого бария и 2,39г. окиси меди. 2)Перемешайте, а затем растолките в порошок в ступке. 3)Получившуюся смесь отожгите – продержите в печи при температуре 950 0 C пр иблизительно 12часов. 4)Охладите полученный комок, вновь растолките его в ступке. 5) Спрессуйте порошок в таблет ки. 6)Снова отожгите получившиеся таблетки при той температуре и в течение т ого же времени, однако теперь с обязательной подачей в печь кислорода. 7)Медленно охладите таблетки – скорость понижения температуры не должн а превышать 100град/ч. 7.5 Техника безопасности. Замечани я по технике безопасности. Как сам материал сверхпроводника Y - Ba - Cu - O , так и исходные компон енты не относятся к числу ядовитых веществ. Однако при работе с ними необ ходимо соблюдать определенные правила. Нужно использовать защитные оч ки, перчатки, а при измельчении компонентов в ступке обязательно надеват ь марлевые повязки на рот. Вдыхать пыль углекислого бария и окиси меди вр едно. Провидите все операции в помещении, оборудованном вытяжкой, - это, вп рочем, обязательный элемент оборудования любой лаборатории. В том числе и в школьной. Замечания к рецепту. Указанные количества исходных компонентов позвол яют получить примерно 7 грамм сверхпроводника Y - Ba - Cu - O , или около 5 таблеток ди аметром 1см. и толщиной 1мм. Некоторые трудности, встречающиеся при изготовле нии: Исходные компоненты не относятся к числу редких ве ществ. Их можно найти в различных научных учреждениях, а также на многих п редприятиях. Получить описываемый сверхпроводник можно по более прост ой схеме и из других компонентов. Однако лучше начинать с приведенного р ецепта. Для отжига можно использовать печь, предназначенную для изготов ления керамики. Такие печи есть во многих кружках керамики и в художеств енных студиях. Дело в том, что изготовляемый сверхпроводник так же предс тавляет собой керамику, как и некоторые знакомые предметы домашнего оби хода. Только нам нужна керамика – металл, поэтому таблетки будут получа ться другого цвета – черные. Цвет керамического сверхпроводника – важ ный показатель его качества. Если он получится с прозеленью, значит, опыт изготовления был не удачен, и все надо начинать сначала (при этом можно из мельчить получившиеся таблетки). Зеленый цвет свидетельствует о недост атке кислорода в образце. Желательно получить материал с химической фор мулой: Y - Ba 2 Cu 3 O 7 . Однако контролировать содержание кисл орода по исходной смеси невозможно, к тому же кислород способен улетучив аться в процессе изготовления. Так что подача кислорода в печь при отжиг е существенна. Сам кислород можно получить в научных, медицинских, произ водственных организациях (он используется, например, при сварке). Для под ачи его в печь можно применить насос, который служи для накачки воздуха в аквариум. Скорость подачи кислорода может быть минимальной такой, что бы кожа ощущала легкое дуновение газа. Довольно существенно поддержание т емпературы отжига. Работа будет бесполезной, если температура отжига оп ускается ниже 900°С. Превышение рабочей температуры на 100° приведет к распл авлению смеси. Тогда придется ее вновь растолочь и начать все с начала. Та к что надо предварительно проверить термометр печи, обычно он показывае т далекие от истины значения. Очень важно медленно охлаждать изготовлен ные таблетки – быстрое охлаждение ведет к потере кислорода. Таким образ ом, первоначально цикл отжиг-охлаждение будет занимать 20 часов. Необходи мо организовать ночные дежурства. При изготовлении понадобится также п ресс. Оценка показывает, что нужно развивать усилие в 7 тысяч на таблетку д иаметром около 1 см., чтобы получить хороший образец. По-видимому, таблетки можно прессовать даже с помощью самодельного винтового пресса. Стоит об ратить внимание также на выбор тигля, в котором отжигается материал. Мет аллический тигль может реагировать со сверхпроводником, иногда с нежел ательными последствиями. К тем же последствиям могут привести примеси в смеси исходных материалов. Например, 2-3% примеси атомов железа вместо меди ведут к подавлению сверхпроводимости. Что можно делать с изготовленными таблетками? Можно убедиться в резком падении со противления при сверхпроводящем переходе. Однако с помощью стандартны х приборов вряд ли удастся по величине сопротивления отличить сверхпро водящий образец от медного. Эк спериментально сверхпроводимость можно наблюдать , включив в общую электрическу ю цепь звено из сверхпроводника. В момент перехода в сверхпроводящее сос тояние разность потенциалов на концах этого звена обращена в ноль. Явление сверхпроводимости можно понять и обосновать только с помощью квантовых представлений. Почти полвека сущность этого явления оставалась не расшифрованной, из-за того, что методы квантовой м еханики еще не в полной мере использовались в физике твердого тела. Гораздо н агляднее демонстрация э ффекта Ма йснера. В любом случае для охлажде ния понадобится жидкий азот. (Ма йснер Вальтер Фриц (1882-1974гг.), немецкий физик ) . 7.6 Эффек т Майснера. Директор лаборатории низких температур Баварской Академии Наук. В 1932 году совмест но с Р. Хольман наблюдал Эффект туннелирования между двумя сверхпроводн иками, совместно с другим обнаружил эффект, названн ый его именем. Эффект Ма йснера, вытеснение магнитно го поля из металлического проводника при его переходе в сверхпроводяще е состояние открыт в 1933 году немецкими физиками В. Ма йснером и Р. Оксенфельдом . До 1993 года считалось, что сверхпроводник – это и есть ид еальный проводник. Но вот Майснер и Оксенфельд поставили опыт и обнаружи ли, что это не так! Оказалось, что при Т < Т кр поле в образце равно нулю (В=0, где В – индукция ) всегда, независимо о т пути перехода к условию Т < Т кр при наличии внешнего магнитного поля. Это было чрезвычайно ва жное открытие. Ведь если В=0 независимо от предыстории образца, то это раве нство можно рассматривать как характеристику сверхпроводящего состоя ния, которое возникает при Н < Н ст . Но тогда можно рассматривать переход в сверхпроводящее сост ояние и использовать для исследования сверхпроводящей фазы вещества в сю мощь термодинамического подхода. 8. Заключение. Сверхпроводимость – явление занимательное. Изуча я необычные и впечатляющие свойства сверхпроводников, физики глубже пр оникают в тайны устройства материи. Инженеры стрем ятся сделать сверхпроводники своим оружием заставить их работать. Свер хзадача для сверхпроводников – передача их полезных свойств объектам новой техники. Сверхпроводники – это новый класс проводниковых матери алов с экстраординарными свойствами, ибо у них отсутствует омическое со противление. Плотности токов, пропускаемых по сверхпроводникам, можно у величить до 10 3 -10 4 А/мм 2 , то есть они будут в тысячи раз больше, чем по меди или алюминию. Сверхпроводящие мат ериалы не только широко используются при конструировании магнитов в ис следовательских целях, но и имеют большое практическое применение. Ожид ается, что в недалеком будущем на смену громоздким мачтам электропереда чи придут подземные электропроводящие линии. В Японии в 1988 году построен опытный образец железной дороги со сверхпроводящей м а гнитной подвеской, пока ее дли на 8 километров. Суть ее в том, чтобы поезд (либо вагон) дви гался без колес. Держать же вагон над дорогой и двигать его вперед должно магнитное поле, которое создают установленные в днище вагона сверхпров одящие магниты. Железнодорожный путь представляет совой полосу из улож енных перпендикулярно движению металлических стержней, в которых наво дится управляемая с помощью ЭВМ волна тока, бегущая под вагоном и перед в агоном. Взаимодействие тока с магнитным полем одновременно тянет вагон вперед и поддерживает просвет между дном вагона и дорогой. Сверхпроводящий магнит, сверхпров одящий магнитометр прибор для измерения магнитных полей и их градиенто в, (векторов g ,показыва ющих наискорейшего возрастания данного скалярного поля ц (Р), где Р – точ ка пространства; обозначается g = grad ц (Р).) дейс твие которых основано на эффекте Джозефсона. Протекание сверх проводящего тока через тонкий (~ 10А) сло й диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника (так называемый контакт Джозефсона). Эффект предсказал Б. Джозефсон (1962 г.). На его основе создан свер хпроводящий квантовый интерферометр (сквид), с помощью которого уточнен ы значения ряда фундаментальных физических постоянных. Эффект Джозефс она используется в криогенных приборах; контакты Джозефсона применяют ся также в качестве быстродействующих логических элементов ЭВМ. В 1962 году появилась статья никому до этого не известного автора Б. Джозефсона, в ко торой теоретически предсказывалось существование двух удивительных э ффектов. Эти эффекты следовало ожидать в туннельных сверхпроводниковы х контактах. Первый эффект заключается в том, что через туннельный перех од возможно протекание сверхпроводящего (бездиссипативного) тока (свер хтока). Предсказывалось, что критическое значение этого тока будет весьм а причудливым образом зависеть от внешнего магнитного поля. Если ток чер ез такой переход станет источником высокочастотного электромагнитног о излучения. Это – второй эффект Джозефсона. Вскоре доказано эксперимен тально. Чувствительность сверхпроводящих магнитометров достигает 10 -15 Тл (10 -15 Гс). Нобелевский комитет прису дил премию по физике 2003 года двум русским ученым и американцу за объяснен ие феноменов сверхтекучести и сверхпроводимости. Члены Нобелевског о комитета, заседающие в Шведской королевской академии наук, отметили на градой российского профессора Виталия Гинзбурга из физического инстит ута имени Лебедева РАН (Москва, Россия), российского же профессора Алексе я Абрикосова из Аргоннской национальной лаборатории (Аргонн, Иллинойс, С ША) и профессора Энтони Дж. Леггетта (университет Иллинойса, Урбана, Иллин ойс, США). Как написано в официальном пресс-релизе Нобелевского комитета, они внесли решающий вклад в объяснение двух феноменов квантовой физики: сверхпроводимости и сверхтекучести. В этом году размер премии составил $1,2 млн. Абрикосов Але ксей Алексеевич. Родился 25 июня 1928 года, через три год а после окончания в торой мировой войны стал выпуск ником МГУ им. Ломоносова. После этого в течение 17 лет проработал в Институ т е физических проблем АН СССР. Список литературы: 1. Базаров И.П. «Термодинамика» издание тре тье Москва изд. «Высшая школа» 1983 год. 2. Бланке А.Я. «Физика» учебное посо бие для студентов нефизических специальностей вузов Харьков изд. «Кара велла»1996год. 3. Гинзбург В. Л., «Сверхпроводимость». Москва: педагогика 1990 год. 4. Дубнищева Т.Я. «Концепции соврем енного естествознания» Новосибирск, 1997год. 5. Кабардин О.Ф. «Физика» Москва, изд . «Просвещение» 1991год. 6. Околотин В. «Сверхзадача для све рхпроводников» изд. «Знание» Москва 1983 год. 7. Ремизов А.Н. «Курс физики, электро ники и кибернетики» Москва изд. «высшая школа» 1982 год. 8. Савельев И.В. «Курс общей физики» том 3. Москва изд. «Наука» 1982 год. 9. Солимар Л., Уолш Д. «Лекции по элек трическим свойствам материалов» Москва изд. «Мир» 1991 год. 10. Чуянов В.А. «Энциклопедический с ловарь юного физика» второе изд., исправленное и дополненное – М.: Педаго гика, 1991год. 11. Шмидт В.В. «Введение в физику све рхпроводников» Москва изд. «Наука» 1982 год. 12. Яворский Б.М., Детлаф А.А. «Справоч ник по физике» Москва изд. «Наука» 1985 год. 13. Яворский Б.М. «Курс физики» I том изд. «высшая школа» М осква 1965год. 14. Новый энциклопедический словар ь. Москва, «Большая Российская энциклопедия» изд. «Рипол Классик» 2001год. 15. Все 100000 рефератов « ALEX SOFT »
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
А зачем эти петельки на верхних поручнях автобуса, у меня туда голова не пролазит.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по физике "Реальные системы и фазовые переходы", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru