Единое окно доступа к образовательным ресурсам

"Сверхпроводимость электричества" как понятие о сверхъестественном явлении, тогда как в действительности, оно есть метастабильное сверхдианамагничивание веществ

Голосов: 2

Выполнен анализ основных экспериментов, их интерпретаций и множества теорий так называемой "сверхпроводимости электрического тока" в металлах и других твердых телах при низких (криогенных) температурах. Показана ошибочность представлений о "сверхпроводимости". Доказывается, что явление, названное Камерлинг-Онессом сверхпроводимостью, не является таковым и оно не обусловлено невероятной сверхтекучестью электронов в теле. Утверждается, что обнаруженное К-Онессом явление есть метастабильная диаполяризация электронной структуры атомов и, как следствие этого, сверхдианамагниченность всего тела. Изложена оригинальная модель микроскопической теории сверхмагнетизма. Разрабатываемый автором подход к созданию новой теории сверхдианамагничиваемости веществ при низких закритических температурах представляется более адекватным физической природе этого явления, что очевидно позволит решить многие принципиальные вопросы науки и практики использования сверхдиамагнетизма в технике будущего. Для инженерно-технических, научных работников, аспирантов и студентов, занимающихся или интересующихся проблемами физики и технологий производства новой техники.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
      Рис. 3. Плавающий магнит: освещение слева; на правой стороне чаши
  видна тень магнита; белые пятнышки на магните и на чаше – кусочки
                         затвердевшего воздуха

     В литературе существует такое объяснение плавающему
магниту: «силовые линии магнита не могут проникнуть в сверх-
проводник; это создает отталкивающую силу, достаточную для
преодоления веса магнита» и тут же «простейший способ понять
причину отталкивания – это представить себе зеркальное изо-
бражение магнита под поверхностью сверхпроводника, которое
создает в пространстве над сверхпроводником такое же поле, как
и металл с нулевой магнитной проницаемостью. Отталкивание
можно представить себе также как результат взаимодействия ме-
жду магнитом и диамагнитным телом» [67, стр. 27].
     Такое объяснение эффекта плавающего магнита В.К. Ар-
кадьева подогнано под слишком противоречивое представление
об эффекте Мейсснера.
     Вначале разберем приведенные здесь суждения Д. Шенберга
из его монографии [67]. Во-первых, «сверхпроводник» или не
впускает в себя или выталкивает из себя внешнее магнитное си-
ловое поле. В этом большая разница. Если по Мейсснеру внешнее
магнитное поле вытесняется из тела при появлении в нем

                                 21


«сверхпроводимости» электрического тока и поэтому в «сверх-
проводнике» магнитного поля нет, то при непроникновении маг-
нитного поля в «сверхпроводник» в нем ничего не может возник-
нуть (т.к. Н=0), не может появиться «сверхпроводимость» с ог-
ромным магнитным полем вне «сверхпроводника». Тут надо оп-
ределиться: в «сверхпроводник» не проникает или из него про-
никшее внешнее магнитное поле вытесняется внутренним маг-
нитным полем, индуцированным внешним (проникающим в тело)
полем Н.
     Во-вторых. Нет сомнения в том, что до перехода к «сверх-
проводимости» внешнее постоянное магнитное поле Н беспре-
пятственно проникает в «сверхпроводник» и возбуждает (инду-
цирует) в нем не электрический ток, а противоположно направ-
ленное диамагнитное поле Нд≈Н. Это обычное диамагнитное по-
ле при переходе тела в состояние называемое «сверхпроводя-
щим» усиливается (самоиндукция?), т.е. переходит в сверхдиа-
магнитное состояние с полем Нс. Будучи в сверхдиамагнитном
состоянии у тела возникает существенно большее внешнее маг-
нитное поле – сверхмагнетизм. При этом нет ни не допуска, ни
выталкивания поля Н полем Нс, а есть наложение полей, их взаи-
модействие, взаимовлияние, в результате которого возникают яв-
ления подобные эффекту плавающего магнита. Если убрать
внешнее магнитное поле, то внутри и вне тела, находящегося в
«сверхпроводящем» состоянии, очевидно остается прежняя
сверхнамагниченность Мс с напряженностью магнитного поля Нс
(Нс>>Н). Физическое описание природы этого явления будет еще
рассмотрено достаточно подробно.
     Возвращаясь к эксперименту В.К. Аркадьева с плавающим
постоянным магнитом, можно утверждать, что магнитное поле
магнита вызвало сверхдианамагниченность у всей поверхности
чаши и, в результате взаимодействия магнитных полей магнита и
чаши, магнит оказался как бы в подвешенном состоянии. Думает-
ся, что эффект Аркадьева не доказывает, а отрицает эффект
Мейсснера в теперешнем его понимании.




                              22


             1.6. Разрушение «сверхпроводимости»

     Экспериментально установлено, что чрезмерно сильное
магнитное поле разрушает «сверхпроводимость», т.е. восстанав-
ливает обычное состояние материала при условии, если напря-
женность этого поля Н превышает некоторое критическое значе-
ние Нкр. Эта критическая напряженность магнитного поля тем
выше, чем ниже температура, при которой находится проводник
в «сверхпроводящем» (в намагниченном) состоянии. На рис. 4
показана зависимость критического магнитного поля от темпера-
туры для некоторых металлов [65].

       Hкр, Гс

          800
                           N          1
          600          S
                                   Pb
          400              магнитно немагнитно
                             Hg
          200
                 Al     Sn
            0          2          4        6      8    T, °К

     Рис. 4. Зависимости критических магнитных полей некоторых
  «сверхпроводников» от их температуры: 1 – линия переход свинца из
     сверхмагнитного состояния (S) в нормальное, немагнитное (N)

     Максимальное поле, необходимое для перевода из «сверх-
проводящего» состояния в нормальное, например, олова, свинца
и других металлов при температуре близкой к нулю градусов.
Это значительное магнитное поле, проходя через «сверхпровод-
ник», воздействует на атомы, передает им некоторую дополни-
тельную энергию, возникает межатомная коэрцитивная сила, раз-
рушающая установившуюся ранее доменную структуру вещества
ориентированную вдоль проводника и этим переводит материал
из сильно намагниченного состояния в немагнитное.


                                      23


     Электрофизическая теория намагничивания и размагничи-
вания при комнатных температурах обычных ферромагнетиков,
развитая Э.Х. Ленцем, Я.С. Якоби (1839 г.) и А.Г. Столетовым
(1872 г.) и другими, общеизвестна (см., например, [30]) и она
вполне удовлетворительно объясняет аналогичное явление про-
исходящее в материалах при сверхнизких температурах Т<Ткр.
При температурах Т<Ткр вероятно абсолютное большинство ма-
териалов (металлов и неметаллов) становится сверхмагнетиками.
Это умозаключение следует из анализа множества диаграмм со-
стояний веществ, аналогичных диаграмме изображений на рис. 3.
Известно ведь, что ферромагнетики, парамагнетики, диамагнети-
ки и диэлектрики (керамика) при понижении температуры пре-
терпевают фазовый переход второго рода и становятся сверхмаг-
нетиками, называемыми сейчас сверхпроводниками.
     Разрушение «сверхпроводимости», читай сверхнамагничен-
ности, при пропускании через проводник электрического тока
значительной величины, т.е. когда ток J больше некоторого кри-
тического значения Jкр, было обнаружено раньше, чем аналогич-
ное явление от воздействия чрезмерным магнитным полем. В
случае разрушения «сверхпроводимости», а в нашем понимании
сверхнамагниченности, пропусканием через такой проводник
электрического тока силой J>Jкр с электрическим Е и магнитным
Н полями, в проводнике вероятно происходит частичное разру-
шение одних диполей и дезориентация других. Это разрушает
магнитную субмикроструктуру вещества, и оно становится раз-
магниченным. Физическая природа этого размагничивания по-
существу такая же, как и при разрушении намагниченности в ре-
зультате воздействия неоднонаправленным магнитным полем.
     При исследовании магнитных свойств «сверхпроводников»
определяют n – коэффициент размагничивания под влиянием
магнитного или электрического поля. Коэффициент n зависит от
расположения «сверхпроводника» относительно поля. В табли-
це 1 приведены значения n для некоторых практически важных
случаев [44, стр. 12].




                              24


                                             Таблица 1
   Коэффициенты размагничивания «сверхпроводников»
                   простой формы
   Форма образца         Расположение          Коэффициент
                        относительно Н      размагничивания, n
Длинный цилиндр           Вдоль поля                0
Длинный цилиндр          Поперек поля              1/2
Тонкая пластина           Вдоль поля                0
Тонкая пластина          Поперек поля               1
Шар                            –                   1/3

     Данные табл. 1 указывают на то, что внешнее размагничи-
вающее магнитное поле параллельное внутреннему не размагни-
чивает «сверхпроводник», т.к. n практически равен нулю, а пер-
пендикулярно направленное размагничивает. Это доказывает ди-
польную, магнитную природу «сверхпроводимости» исследован-
ных образцов.
     Разрушение «сверхпроводимости» происходит также и при
облучении рентгеновскими лучами [15]. Можно предполагать,
что разрушение «сверхпроводимости» будет происходить и при
воздействии ультразвуком определенной частоты.
     Итак, «сверхпроводимость» электрического тока исчезает,
если на материал в таком состоянии воздействовать сильным
магнитным полем или пропускать по нему большой постоянный
или переменный электрический ток, при облучении рентгенов-
скими лучами и при повышении температуры «сверхпроводни-
ка». Однако все перечисленные факторы не влияют на прохожде-
ние электрического тока при нормальных температурах – элек-
тричество не исчезает, изменяются только его параметры. Исчез-
новение «сверхпроводимости» под влиянием внешних электри-
ческих и магнитных полей, рентгеновского облучения и незначи-
тельного повышения температуры свидетельствует о том, что мы
имеем дело не со «сверхпроводимостью» и даже не с квазисверх-
проводимостью электрического тока, а с супернамагничиваемо-
стью, т.е. со сверхнамагничиваемостью материалов при низких
температурах.




                              25


  2. Краткий анализ основных «теорий сверхпроводимости
                  электрического тока»

2.1. Понятия о электрических зарядах, электрическом токе и
            электросопротивлении проводников

     Думается, что проблема «сверхпроводимости», т.е. пробле-
ма создания адекватной теории этого физического явления и ма-
териалов с умеренной (вблизи к комнатной) температурой пере-
хода в это состояние не может быть решенной без нового осмыс-
ления что такое электричество, электрические заряды, электриче-
ское и магнитные поля, электрический ток в проводнике и т.п.
Кратко рассмотрим эти понятия.
     История электричества началась более чем 2000 лет тому
назад, когда было обнаружено, что потертый шерстью янтарь
приобретает свойство притягивать к себе легкие предметы (пе-
рья, нити и т.п.). Это свойство назвали электричеством (от грече-
ского слова elekrton – янтарь), т.е. свойством янтаря. Позднее об-
наружили, что электричество стеклянной палочки натертой ко-
жей действует противоположно электричеству янтаря. Практиче-
ские действия по электризации янтарной и стеклянной палочек
названы заряжением. Слово «зарядить» означает повторяющиеся
одинаковые действия. Поэтому натирание электризующих пало-
чек для наведения в них электричества, было названо заряжени-
ем, а величина заряженного, приобретенного электричества –
электрическим зарядом. Электрический заряд стеклянной палоч-
ки получил условное название «положительный», а заряд потер-
той мехом смолы (янтаря) назвали «отрицательным». Вскоре же
было установлено, что предметы с одноименными зарядами от-
талкиваются друг от друга; с разноименными зарядами притяги-
ваются друг с другом, а при соединении двух предметов с разны-
ми зарядами, но одинаковых по величине, нейтрализуются.
     Для того, чтобы количественно определять величину заряда
введено понятие единичного или точечного заряда. Точечным
зарядом q называется наэлектризованное тело, размеры ко-
торого предельно малы по сравнению с расстоянием до дру-
гого заряженного тела, с которым оно взаимодействует.


                                26


     Факт, что электрические заряды взаимодействуют между
собой. Вопрос: что является носителем (объектом) осуществ-
ляющим взаимодействия электрических зарядов? Ответ: элек-
трические поля наэлектризованных тел. Следовательно, заряды
это есть сами взаимодействующие электрические поля тел и их
частиц.
     Зная, что разные электрические заряды и, следовательно, их
электрические поля бывают положительными (отталкивающими)
и отрицательными (притягивающими) к себе противоположно за-
ряженные и незаряженные тела, т.е. понимая, что электрические
заряды и электрические поля являются одновременно и магнит-
ными, т.к. они притягивают или отталкивают другие тела, то
можно с уверенностью утверждать, что электрическое и магнит-
ное поля это две составляющие, два вектора состояния или дви-
жения единого электромагнитного поля. Но что такое электро-
магнитное поле вокруг заряженных тел? Это движущаяся неве-
щественная (бесструктурная) материя [61], называемая матери-
альным вакуумом, полевой материей или эфиром. Движение ве-
щественной (структурной) материи (вещества) приводит в дви-
жение полевую материю (материю вакуума) и наоборот, движе-
ние материи, называемой вакуумной или полевой, вызывает дви-
жение электрических частиц, атомов, молекул веществ, малых и
больших тел.
     В вопросе о зарядах давно существуют правильные догадки
о том, что в телах есть домены, диполи, молекулярные и атомные
магнитики, поляризация и т.д.
     Диполь – совокупность двух равных по величине разно-
именных точечных (единичных) электрических зарядов, находя-
щихся на некотором расстоянии друг от друга.
     Домен – отдельные микроскопические области тела, намаг-
ниченные до насыщения. Под влиянием внешнего воздействия
диполи в доменах (диполи) ориентируются в объеме тела по на-
правлению электрической (Е) или магнитной (Н)составляющей
единого поля. Названные магнитики (домены, диполи) парал-
лельно выстроенные в теле намагничивают его, и такое тело ста-
новится ферромагнетиком, парамагнетиком или диамагнетиком.
     Если атомная или молекулярная микроструктура тела по-
зволяет внутриатомным диполям разворачиваться в направлении

                              27


приложенного поля, но если после прекращения воздействия по-
лем, диполи не удерживаются в этом направлении, то такое тело
размагничивается. В случае, если микромагнитики не имеют воз-
можности ориентироваться в направлении действующего поля,
т.е. они не могут составлять цепочки диполей (доменов), то, сле-
довательно, они не способны воспринимать и передавать энергию
приложенного поля. Такие тела являются диэлектриками (изоля-
торами) и немагнетиками.
      Очевидно, что каждый диполь в теле обладает своим замк-
нутым электромагнитным полем. А множество однонаправлен-
ных диполей создают общее (коллективное) поле уже жестко не
связанное с отдельными диполями (зарядами). Это обобщенное
поле, относительно свободное от диполей (спаренных единичных
зарядов) и, будучи движением вакуумной материи вне заряжен-
ных частиц вещества, влияет на соседние, хаотически располо-
женные диполи, разворачивает их в своем направлении и таким
образом перемещаясь распространяется по телу проводника.
Следовательно, носителем электрической энергии являются не
заряды или диполи токопроводящего тела, а их обобщенное энер-
гетическое поле вакуумной материи проводника. Работа, затра-
чиваемая на поляризацию диполей в проводнике, есть основная
часть его электросопротивления электрическому току. Кстати,
становится объяснимым, почему общее поле может отрываться
от своего проводника (от радиоантенны, от антенны локатора, от
телепередающей антенны, от сварочного электрода и т.д.) и рас-
пространяться не только вдоль проводника, но и в свободном
пространстве вплоть до космического. Волновой характер радио-
излучения подтверждает, что носителем излучаемой энергии яв-
ляется общее поле источника этого излучения (проводника), а не
какие-либо его вещественные частицы, например, электроны.
Так, в общих чертах, представляется автору процесс распростра-
нения тока электрической энергии по проводнику и вне его.
      В настоящее время считается, что электрический ток – это
направленное движение электрических зарядов. Примером тако-
го тока является перенос электрической энергии заряженными
телами и частицами. Такой ток происходит, в частности, в жид-
ком аккумуляторе и он называется конвекционным (переносным).


                               28


     Считается что и в проводнике, под воздействием внешнего
электрического поля Е свободные электрические заряды двига-
ются так: положительные по полю, а отрицательные – против
действующего поля. Случай, когда микроскопические электриче-
ские заряды движутся внутри неподвижного макроскопического
тела (твердого, жидкого или газообразного), носит название тока
проводимости.
     Третьей разновидностью тока проводимости считается ток
в вакууме, когда микроскопические электрические заряды дви-
жутся в пустоте независимо от макроскопических тел [30]. В ка-
честве примера тока в вакууме приводят потоки электронов в
электронной лампе, что не корректно. Вполне возможно, что
здесь все наоборот: эмиссия и движение электронов происходит
не независимо от макроскопических тел (катода и анода), а в ре-
зультате разогрева катода и влияния электрического поля Е, т.е.
потока энергии от катода к аноду.
     Если действительно что «электрический ток – это поток
свободных электронов, несущих заряды через кристаллическую
решетку металла» [43, стр. 328], то для потока электронов в ме-
талле принципиально важным показателем является скорость
распространения тока, или скорость движения «свободных»
электронов. Известно, что скорость распространения электриче-
ства вдоль проводника очень большая. Например, если включить
электрический ток, например, в г. Красноярске, то через мгнове-
ние в Санкт-Петербурге загорится электролампочка от «пришед-
шего по проводам» электрического тока. Но не может такого
быть, чтобы красноярские электроны так быстро преодолели рас-
стояние в тысячи километров.
     Считается, что скорость электронов в постоянном токе оп-
ределяется из уравнения плотности тока проводимости в метал-
лах
                            j = neυ ,
где n – число электронов проводимости в единице объема (кон-
центрация носителей тока), е – абсолютное значение заряда элек-
трона, υ – вектор средней скорости упорядоченного движения
электронов. В металлах n и е являются постоянными величинами,
а модуль вектора υ имеет значения порядка 10–4 м/с при макси-

                              29


мальных значениях плотностей токов. Например, в медном про-
воднике n≈8,5⋅1025 м–3, наибольшая плотность тока j=1,1⋅107
А/см2, то υ≈8⋅10–4 м/с ≈ 0,8 мм/с [70, стр. 233]. С такой скоростью
электроны проводимости большие расстояния и быстро преодо-
леть не могут. Следовательно, передает энергию по проводам
«тонкая, бесструктурная материя», т.е. материя вакуума, назы-
вавшаяся когда-то эфиром.
     По имеющимся оценкам скорость распространения электри-
ческого тока равна скорости света. Скорость света это константа,
характерная для движений «тонкой и бесструктурной» материи
вакуума. Из этого следует, что ток электрической энергии не есть
движение электронов, что переносчиками электричества является
напряженное электромагнитное поле, распространяющееся не
внутри, а в основном вне проводника.
     По поводу полевой электромагнитной, а не электронной
природы электрического тока есть множество суждений ученых.
Например, в случае переменного тока проводимости «под элек-
трической энергией понимают энергию электромагнитного по-
ля», а не движущихся электронов или еще «нестатические, пере-
менные электрические поля могут существовать совместно с пе-
ременными магнитными полями в отрыве от электрических заря-
дов» [30, стр. 15].
     Очевидно, что электромагнитная природа электрического
тока носит волновой, а не корпускулярный характер. Корпуску-
лярные электроны, при пропускании электрического тока вдоль
проводника, остаются на своих местах – в структуре атомов.
Предположение о существовании в металлах и других проводни-
ках «свободных» электронов ни чем не обосновано и противоре-
чит фактам. Отрыв электронов от атомов и их локальные (напри-
мер, тепловые) движения могут быть только вследствие чрезмер-
ного тока, разогрева проводника и действия электрических или
магнитных сил.
     Для понимания «сверхпроводимости» нас весьма интересует
механизм (физическая природа) протекания электрической энер-
гии (электричества, т.е. электрического тока) в обычном провод-
нике. По данному вопросу, как обычно, читаем: «Электрический
проводник – вещество, основным свойством которого является


                                30



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика