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.
    у цинка и кадмия), то координационное число и гексогональной
решетки равно 6-ти. Есть сведения, что у цинка и ртути коорди-
национное число К=16, а в случае их же, но в плотноупакованной
гексогональной решетке К=12 [30, табл. рис 15]. Но цинк и ртуть,
а также многие другие атомы металлов, имея, как считается, по
два валентных (внешних) электрона не могут с их помощью соз-
дать сложную кристаллическую решетку. Из этого следует, что
«ответственными» за кристаллизацию являются по-существу
электроны полностью (или почти полностью) заполненных уров-
ней электронной структуры атомов. Координационное число
К=16 вероятно свидетельствует о том, что в условиях плотноупа-
кованной гексогональной решетки эти атомы имеют в структуро-
образующем уровне С = 16 : 2 = 8 электронов.
     Числа 6 и 8 в подлинной таблице Д.И. Менделеева (см. табл.
3) являются определяющими свойства и структуру периодиче-
ской системы элементов вещества. В его таблице 8 групп и 6 × 2
= 12 рядов. Но если считать, что в одном периоде по два полных
ряда элементов, как это принято для средней части современной
«Таблицы Менделеева», то получается 8 периодов.
     На основании вышеизложенного можно утверждать, что
электронное строение атомов подчиняется периодической зако-
номерности заполнения электронных оболочек соответствующе-
го уровня, которая представлена в таблице 2.

                                                                    Таблица 2
Номера периодов            1             2             3        …         8
Номера электронных    1        2    3        4    5        6    …    15       16
уровней (слоев)
Обозначение           S1       P1   S2       P2   S3       P3   …    S8       P8
электронных уровней
Максимальное коли-    6        8    6        8    6        8    …     6       8
чество электронов




                                    71


                                               Таблица 3
Перiодическая система элементовъ по группамъ и рядамъ
                         [20]




                          72


     Взятые нами предпосылки приводят к следующим структу-
рам атомов. Электрон в атоме водорода вращается как и в клас-
сической планетарной модели (рис. 10, 11 и 23). Двухатомная мо-
лекула водорода Н2 имеет вид схематически показанный на рис.
17. В свободном атоме гелия (Не) электроны, отталкиваясь друг
от друга, уходят в противоположные стороны, как это изображе-
но на рис. 18 и 24.

                    Уровни Ферми
                                      Орбиты
                                      электронов




                              Магнитные
                               силовые
                                линии
         Рис. 17. Атомная структура молекулы водорода (Н2)


                                 z




                          е           е
                                              x




                   y

            Рис. 18. Объемная структура атома гелия (Не)




                                 73


      Как видно из рис. 18, третий электрон атома лития может
располагаться на любой из свободных плоскостей куба. Четыре
электрона бора уже попарно занимают внутри сферы Ферми про-
тивоположные положения. Электроны углерода образуют плос-
костями своих орбит умозрительную фигуру в виде куба. Схема
электронного строения углерода с полностью заполненным пер-
вым уровнем (рядом) электронов S1 (6 электронов) приведена на
рис. 19,а.
      Следующий уровень электронов Р1 строится аналогично
первому, но так, что его электроны с 7-го по 14-й стремясь занять
положение менее экранированное от ядра электронами S1 уровня,
т.е. стараясь попасть в «потенциальную яму», обегают по своим
круговым траекториям вершины куба, образованного электрон-
ными плоскостями предыдущего уровня. Это показано на рис.
19,б. На восемь вершин куба, образованного шестью электронами
по плоскостям их траекторий, помещается восемь электронов.
Так постепенно заполняется следующий уровень или Р1 ряд, об-
разуя своими электронными плоскостями орбит геометрическую
фигуру октаэдр.
      Уровень S2 застраивается расположением электронов у шес-
ти вершин октаэдра. На это идет шесть электронов, электронные
плоскости которых опять образуют куб. Заполнение Р2 уровня
аналогично структуре и формированию уровня Р1.

                                                                   x′
                      z   x′



                                    x



   y
                 а)                                   б)

       Рис. 19. Схема электронного строения углерода (а) и кремния (б)




                                        74


                                                            Таблица 4
                  Периодическая таблица элементов вещества [37]
                                                      Группы элементов
Периоды
          Ряды




                     1           2           3            4           5          6              8             9


           1         Н          Не           Li          Ве          В           С              –             –
                  водород      гелий       литий      берилий       бор       углерод
1
           2         N          О            F           Ne          Na         Mg             Al            Si
                    азот     кислород       фтор        неон       натрий      магний    алюминий          кремний

           3         Р          S            Cl          Ar          K          Ca              –             –
                  фосфор       сера         хлор        аргон       калий     кальций
2
           4        Sc          Ti           V           Cr         Mn          Fe             Со            Ni
                  скандий      титан      ванадий       хром      марганец     железо        кобальт       никель

           5        Cu          Zn          Ga           Ge          As         Se              –             –
                   медь        цинк        галлий     германий     мышьяк      селен
3
           6        Br          Kr          Rb           Sr          Y          Zr             Nb           Мо
                   бром      криптон      рубидий     стронций     иттрий     цирконий       инобий    молибден

           7        Tc          Ru          Rh           Pd          Ag         Cd              –             –
                 технеций     рутений      родий      палладий     серебро    кадмий
4
           8        In          Sn          Sb           Te           J         Xe             Cs            Ba
                   индий       олово       сурьма      теллур       йод        ксенон         цезий         барий

           9        La          Ce           Pr          Nd         Pm          Sm              –             –
                  лантан      церий      празеодим     неодим     прометий    самарий
5
          10        Eu          Gd          Tb           Dy          Ho         Er             Tu            Yb
                  европий    гадолиний     тербий     диспрозий   гольмий      эрбий          тулий    иттербий

          11        Lu          Hf          Ta           W           Re         Os              –             –
                  лютеций     гафний       тантал     вольфрам     рений       осмий
6
          12         Ir         Pt          Au           Hg          Ti         Pb             Bi            Po
                  иридий      платина      золото       ртуть      таллий      свинец        висмут        полоний

          13        At          Rn           Fr          Ra          Ac         Th              –             –
                  астаний      радон      франций      радий      актиний      торий
7
          14        Pa          U           Np           Pu         Am          Cm             Bk            Cf
                 протакти-     уран       нептуний    плутоний    америций     кюрий         берилий   калифор-
                    ний                                                                                  ний

          15        Es         Fm           Md           No          Lr         Ku              –             –
8                 эйнштей-    фермий      менделее-   нобелий     лоуренсий   курчато-
                    ний                      вий                                вий
                 *     *                 *      *            *           *               *             *
    16
Примечание. В таблице знаком * обозначены элементы, открытие которых предполагается.




                                                         75


     Исходя из вышеизложенного представления об электронной
структуре атомов можно записать соответствующую таблицу пе-
риодической системы элементов вещества в виде табл. 4. Полу-
ченная нами таблица периодической системы элементов веществ
не может заменить собой многочисленные варианты аналогичной
таблицы Д.И. Менделеева, т.к. в основу построения этих таблиц
качественно различные принципы. Если в таблице Менделеева в
основном отражена закономерность химической активности эле-
ментов, то в табл. 4 – их электронное строение и при этом в явной
форме не учитывается химическая активность элементов.
     Однако, если обратиться к первоисточнику, т.е. к подлинной
периодической системе элементов предложенной Д.И. Менделее-
вым (табл. 3), то оказывается, что в таблицах 3 и 4 есть сходства.
Во-первых, в табл. 3 имеется 8 основных групп элементов и, во-
вторых, ряды элементов в табл. 3 разделены в основном попарно,
как и в табл. 4. Поэтому можно надеяться, что предложенная
электронная модель атомов и адекватная ей табл. 4 не так уж да-
леки от истины, тем более что табл. 4 кажется менее противоре-
чивой, чем современные модификации таблицы Д.И. Менделеева.




                                76


3.3. Еще немного о физической природе феномена открытого
                        К-Оннесом

     Считая доказанным, что Камерлинг-Оннес в 1911 году от-
крыл не сверхпроводимость, а сверхнамагничиваемость твердых
тел (в частности металлов), есть необходимость пояснить это ут-
верждение с позиций вышеизложенной непланетарной электрон-
ной структуры атомов.
     Существует научный факт, который вероятно является од-
ним из определяющих в понимании физической природы перехо-
да тел в сверхнамагниченное состояние при известных условиях
эксперимента. Суть его в следующем. Если температура, напри-
мер, металла, снижается и при этом «суммарная энергия тела
уменьшается, т.е. если система переходит в состояние с меньшей
тепловой энергией, то кинетическая энергия образующих ее за-
ряженных частиц – и в первую очередь электронов – возрастает»
[63, стр. 25]. Этот факт, по мнению Я.И. Френкеля «на первый
взгляд кажется несколько странным; в случае атома водорода он
сводится к тому, что при уменьшении расстояния электрона от
ядра скорость движения электрона должна увеличиваться. Со-
вершенно аналогичное соотношение известно в астрономии: чем
ближе планета к Солнцу, тем быстрее она движется» [63, стр. 26].
     Следовательно, чем меньше температура, чем быстрее дви-
жутся электроны в атомах, тем большую величину имеет центро-
бежная сила вращающихся электронов, что при определенной
низкой температуре приводит к выходу протодъяконовских пар
электронов за уровень Ферми, что вызывает резкое ослабление
взаимодействия этих электронов с их ядрами. Но так как в атомах
электроны протодъяконовской пары не перестают взаимодейст-
вовать с ядрами и между собой, то они остаются по-прежнему
принадлежащими своим атомам. Такое состояние вещества рас-
сматривается как качественно отличное, самостоятельное фазо-
вое состояние второго рода при очень низких температурах, пе-
реход к которому, как известно, осуществляется без поглощения
или излучения тепловой энергии – энергии колебательных дви-
жений атомов вещества.
     Известно, что энергия Ферми, или ферми-уровень, это опре-
деленное значение энергии (EF), при котором, если электрон с

                               77


механическим импульсом движения Р меньше РF – ферми-
импульса (граничного импульса), то он находится внутри объема,
ограниченного поверхностью Ферми. Поверхность Ферми есть
изоэнергетическая поверхность в пространстве атома где им-
пульсы электронов Р<РF. Если Р не на много больше РF, то связь
электрона с ядром ослаблена. Но если Р>>РF, то электроны ока-
зываются свободными от своих атомов. Критическая скорость
движения электрона, находящегося на объемной поверхности
Ферми равна
                         υ F = PF / m ,
где m – масса электрона.
     Подсчитано, что υF≈108 см/сек [31].
     У атомов поверхность или уровень Ферми имеет сфериче-
скую форму. Поверхности Ферми взаимосвязанных атомов име-
ют разнообразные формы, например, такие какие показаны на
рис. 20.




  Рис. 20. Виды поверхностей Ферми двух, трех и пяти соединительных
                             атомов [31]

     Очевидно, что энергия взаимодействия (связи) электронов с
ионом атома Ес за пределами поверхности Ферми, имеющей
энергию ЕF, по мере удаления их от ядра атома, уменьшается по-
степенно, возможно так, как показано на рис. 21.




                                 78


                Ес



           Ес =ЕF




                         Ес <ЕF   Ес <<ЕF        Ес=0




                    rF                      ro            r

  Рис. 21. распределение энергий электрона за пределами уровня Ферми:
r – расстояние от поверхности ядра атома; rF – расстояние до поверхности
Ферми; ro – расстояние, на котором прекращается связь электрона с атомом

      Представление об уровне и поверхности Ферми есть следст-
вие принципа Паули, согласно которому в состоянии с импуль-
сом Р не может находиться более 2-х частиц. Причем эти части-
цы, в частности, электроны должны иметь разные спины. Теоре-
тическое построение поверхности Ферми основано на модельных
представлениях о движении электронов в силовом поле ионов.
      Постоянный ток проводимости обычной электрической
энергии, с его магнитной составляющей, или постоянный поток
только магнитной энергии Н в теле, пребывающем в особом низ-
котемпературном фазовом состоянии способном к сверхнамагни-
чиваемости, легко разворачивают частично высвобожденные
(т.е. не на много вышедшие за пределы поверхности Ферми – в
зону от rF до ro, рис. 21) протодъяконовские пары электронов и
ориентируют эти диполи (атомные микромагнитики) в направле-
нии действующего постоянного магнитного поля электрического
тока или постоянного магнитного поля от какого-либо внешнего
источника. Так происходит индукция В магнитного поля НВ
внутри тела и оно становится намагниченным величиной М, за-
висящей от объема намагничиваемого тела. Но почему возни-
кающее в теле магнитное поле НВ всегда больше внешнего поля

                                   79


намагничивания Н (Н<<НВ) и тело при температуре Т<Ткр стано-
вится сверхмагнетиком? Кроме того, почему наведенное в теле
магнитное поле не исчезает и не убывает со внешнем после пре-
кращения намагничивания от внешнего источника? Ответ на пер-
вый вопрос состоит в том, что обычный ферро- и парамагнетизм
обусловлены соответствующей ориентацией протодъяконовских
пар электронов первого (внешнего) и возможно второго уровня,
находящихся внутри поверхности Ферми. При этом, по причине
большой силы связи электронов с ядром атома и другими элек-
тронами, не многие протодъяконовские диполи могут быть сори-
                                   →
ентированы в направлении вектора H , а только их небольшая
часть. Поэтому нормальная намагниченность Мн не велика.
     При криогенных температурах (Т<Ткр), по указанным выше
причинам, легче и больше протодъяконовских пар электронов
выходит за пределы поверхности Ферми и участвуют в намагни-
чивании тела. Поэтому большим количеством диполей создается
большее магнитное поле сверхмагнетика Нс и оказывается, что
Нс>>Н и, следовательно, Мс>>Мн.
     Ответ на второй принципиальный вопрос может быть таким.
При ферро- и паранамагничивании электронные протодъяконов-
ские пары атомов твердого тела связаны общим магнитным по-
лем с диполями только соседних атомов – устанавливается ус-
тойчивый ближний электронный порядок, сохраняющий намаг-
ниченность после прекращения намагничивания. При переходе
вещества в состояние возможной сверхнамагничиваемости веро-
ятно происходит не только ориентация большего числа диполей в
направлении поля Н, но и сближение электронов диполей друг с
другом, что очевидно увеличивает их общий магнитный потен-
циал. Кроме того, исходя из принципа Паули, что на одной ус-
тойчивой орбите может быть два электрона (а возможно и боль-
шее, но четное число электронов), можно с достаточным основа-
нием считать, что орбиты единичных электронов сливаются, объ-
единяются и в таком случае Нс существенно увеличивается и ус-
танавливается дальняя связь (дальний электронный порядок)
электронов, объединенных уже в куперовские пары орбитальных
электронов в полярных протодъяконовских структурах спарен-
ных электронов общей орбитой в атомах твердого тела.

                             80



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика