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.
         Установлению дальнего порядка (дальних магнитных взаи-
мосвязей) электронных субструктур в сверхмагнитном состоянии
тела способствует и обычное сближение атомов при понижении
температуры. Разрушить эту дальнюю магнитную связь можно,
если пропустить критический ток или приложить критическое
магнитное поле, не совпадающее с направлением сверхнамагни-
ченности (см. табл. 2).
     Кратко изложенное здесь представление о возможной физи-
ческой природе сверхнамагничивания можно схематически про-
иллюстрировать схемами изменения электронной структуры ве-
ществ до и в процессе сверхнамагничивания. На рис. 22 показано
как протодъяконовские пары электронов (атомные диполи), «вы-
                                   →
строившись» под влиянием вектора H , образуют с ближайшими
электронами атома другие электронные пары. Эти пары «скон-
денсированных» электронов и есть куперовские пары. Так веро-
ятно происходит объединение орбит сблизившихся соседних
электронов в более мощные диполи протодъяконова и создается
устойчивая электронная субструктура дальней магнитной связи,
которая, как и в случае обычных магнитов, не разрушается при
разрезании сверхнамагниченного образца.




                              81


 Протодъя-
 коновские
 пары:     2
            1




                                             а)

                               Поле намагниченности М




  Куперовская
     пара




                             Внешнее магнитное поле Н
                                        б)

   Рис. 22. Схемы электронных структур атомов вещества до (а) и при
  переходе (б) в сверхнамагниченное состояние под влиянием внешнего
 магнитного поля Н; более широкие линии – каналы намагниченности М

    Итак, однонаправленная ориентация множества протодъя-
коновских пар (внутриатомных диполей) и установление при


                                 82


этом сильных магнитных связей между ними посредством созда-
ния своего рода электронных «нитей» или «каналов» из соеди-
ненных диполей общим магнитным полем обеспечивает эффект
стабильности и увеличения намагниченности сверхмагнетика. В
этом состоит физическая природа сверхнамагничиваемости мно-
гих веществ (сверхмагнетиков) в условиях криогенных темпера-
тур.
      Далее, используя изложенную здесь в общих чертах и не-
много скорректированную атомную модель М.М. Протодъяконо-
ва, есть необходимость рассмотреть кинематическую схему ме-
ханизма взаимодействия электронов с ядрами.
      Считая планетарную модель атома водорода правильной и
признавая круговое движение отрицательно заряженного элек-
трона в центральном положительном электрическом поле ядра
атома, надо учитывать, наряду с электромагнитным полем, вы-
званным орбитальным и спиновым движением электрона, еще и
взаимное влияние (притяжение электрона ядром) электрических
полей электрона (Е(–)) и ядра (Е(+)), т.е. (Е(+, –)) или FЕ. В таком
случае силовая модель атома водорода будет иметь принципи-
ально другой вид, представленный на рис. 23. Очевидно, что все
векторы механических и электрических сил, действующих на
движущийся электрон по своей орбите, находятся в плоскости
орбиты и только собственное магнитное поле электрона в атоме
Но и вектор обобщенного магнитного момента Рm направлены
перпендикулярно плоскости орбиты. Мгновенный механический
момент L, направленный перпендикулярно плоскости контура
орбиты с электрическим током, в нашем случае может возникать
только под влиянием внешнего магнитного поля Н. У свободного
атома водорода нет L, а есть только орбитальный механический
момент движущегося электрона Lорб, вектор которого лежит в
плоскости орбиты.




                                 83


                                                               Временный
 Силовая линия                                                 момент 1
 в моменте 2                       Lорб=mυr

                                                 υ
                                                         Fцб
                                                     е
                                                                      Спин
                                             r
                 Но
                                            FЕ
                                                                 Но
                                        J
                                                                      Орбита
                                                                      электрона




                                       Pm


               Рис. 23. Мгновенная модель атома водорода:
  Lорб – механический момент силы вращения; Fцб – центробежная сила;
    υ – орбитальная скорость электрона массой m; r – радиус орбиты;
     FЕ – электрическая сила притяжения электрона; J – орбитальный
     электрический ток; Но – собственное магнитное поле электрона;
                  Рm – обобщенный магнитный момент

     Суммарный механический момент силы LΣ, вращающегося
по орбите электрона, направленный перпендикулярно площади
орбиты, появляется только при вращении его в нецентральном
для орбиты поле взаимодействия. В сложных атомах (число элек-
тронов 2 и более) движение всех электронов по своим орбитам
происходит в нецентральном для них электрическом поле ядра.
Это «нецентральное» относительно ядра вращательное движение
электронов возникает в атомах, в частности, у спаренных про-
тодъяконовских электронов, отталкивающихся друг от друга в
силу одинаковости их зарядов, что наглядно можно показать на
примере двухэлектронного атома гелия, рис. 24.




                                  84


                                         LΣ




                                              Lорб1
                                                            L⊥
                                                        υ
                                                            е1   Fцб




                                             J


                                                  FE1



                Ho                                               Ho
                                          ядро
                               FE2




                                         J
               Fцб    е2
                           υ
                      L⊥         Lорб2




                                     Pm


         Рис. 24. Одномоментная графическая модель атома гелия:
      Fцб – центробежная сила; L⊥ – перпендикулярный момент силы;
Lорб – орбитальный момент механической силы вращательного движения;
   FЕ – электрическая сила притяжения к ядру; Pm – магнитный момент

     Исходя из принятой нами модели атома и в согласии с рис.
24, можно считать, что механические моменты сил, возникающие
у электронов, движущихся по своим орбитам, уравновешиваются
электрической силой взаимодействия электрона с ядром атома,
Источниками магнитных силовых моментов у электронов явля-
ются орбитальные и спиновые токи. Спиновое движение элек-

                                         85


трона в атоме это очевидно не только вращение его вокруг своего
центра массы (что противоречит некоторым научным представ-
лениям [70]), но и спиралеобразное движение вдоль его орбиты,
Это движение кроме поступательного, имеет две степени свобо-
ды кругового движения, например, слева на право или справа на
лево. Поэтому магнитное спиновое число n=±1/2. Из физической
теории атома известно, что спиновый механический момент
электрона в квантовых единицах измерения равен [30, 33]
                                     h      h
                        Lm спин = n     =±     ,
                                    2π     4π
а спиновый магнитный момент
                                  eh         eh
                     Pm спин = n        =±         .
                                 2πmc      4πmc
Значение Рm спин малό и поэтому внешнее магнитное поле Н легко
может изменять его знак, т.е. направление спина и, следователь-
но, создаваемого спиновым движением электрона магнитного
поля Но. Этим объясняется, например, хорошая перемагничивае-
мость ферромагнетиков в переменном магнитном поле Н. Если у
спаренных протодъяконовских электронов внешнего внутри-
атомного уровня разные по знаку спины, то такое вещество, в
обычных условиях температур и внешних магнитных полей, не
магнитно, т.к. противоположно направленные магнитные поля
электронов Но компенсируют друг друга и поэтому не реагируют
на внешнее поле Н.
     Достаточно обоснованно считается, что, вне действия внеш-
него магнитного поля Н, магнитный орбитальный момент элек-
трона Рm орб и его спиновый магнитный момент Рm спин равны, т.е.
                                           eh
                       Pm орб = Pm спин =        .
                                          4πmc
     Под влиянием внешнего магнитного поля Н индуцируется
дополнительный орбитальный ток, ускоряется орбитальное дви-
жение электрона и возникает наведенный орбитальный магнит-
ный момент ΔРm орб равный [30]:
                                   er 2    e2r 2
                    ΔPm орб = −Δω       =−       H ,
                                    2c     4mc



                               86


где прирощение Δω и Н направлены против угловой скорости
вращения по орбите от и собственного поля Но.
     Вероятно, что вид магнетизма и величина намагничиваемо-
сти (магнитной восприимчивости χ) зависит от соотношения
электронных орбитальных и спиновых магнитных полей и их си-
ловых моментов при воздействии на вещество внешним магнит-
ным полем. В связи с этим можно сформулировать следующие
предположения:
     1. Если ΔРm орб<<Рm спин=Рm орб, то это, при нормальных тем-
пературных условиях, является критерием ферромагнетизама;
     2. Если ΔРm орб<Рm спин=Рm орб, то тело является парамагнети-
ком;
     3. При условии, когда ΔРm орб>Рm спин=Рm орб, то в теле проис-
ходит смена положительного знака магнитного спинового числа
относительно подвижных внешних электронов на отрицатель-
ный, т.е. изменяется спин и направление собственного магнитно-
го поля этих парных электронов в атомах и в результате получа-
ется диамагнетик;
     4. Если ΔРm орб>>Рm спин=Рm орб, то получается сверхдиамаг-
нетик.

         3.4. К созданию магнитостатической теории
                       сверхмагнетизма

     Так как сверхмагнетизм имеет не электродинамическую
природу и «сверхпроводимости» электронов, в общественном
понимании, в проводниках не существует, то, следовательно, в
теории сверхмагнетизма не должно быть электродинамики. Элек-
тродинамика здесь поясняет только первичный процесс обычного
намагничивания вещества при пропускании по нему электриче-
ского тока, а точнее при движении по проводнику электромаг-
нитного поля. Знаем, что переход веществ в сверхмагнитное со-
стояние происходит и без воздействия постоянным электриче-
ским током. Для получения сверхнамагниченности при закрити-
ческих температурах необходимо только воздействие постоян-
ным магнитным полем: самостоятельным или в составе электро-
магнитного поля электрического тока. Поэтому теория сверхмаг-


                                87


нитного состояния, создаваемая взамен теории «сверхпроводимо-
сти», должна состоять только из магнитостатического описания
этого явления.
      Магнетизм, как свойство намагничиваемости веществ, про-
является двояко. К первой форме проявления магнетизма отно-
сятся ферромагнетизм и парамагнетизм, а ко второй – диамагне-
тизм и сверхдиамагнетизм (сверхмагнетизм). Отличие этих двух
форм проявления магнетизма состоит в том, что в случае ферро-
магнетизма и парамагнетизма наведенное в теле магнитное поле
совпадает по направлению с намагничивающим полем внешнего
источника. Во втором случае индуцированное (наведенное) маг-
нитное поле направлено в противоположную сторону по отноше-
нию к действующему на материальный объект магнитному полю.
      Ферромагнетизм – способность железа (ferrum), кобальта,
никеля, гадолиния и их сплавов, сильно намагничиваться даже в
относительно слабых электромагнитных и магнитных полях.
Иногда такие вещества, называемые ферромагнетиками, «само-
намагничиваются» под действием магнитного поля Земли. У фер-
ромагнетиков показатели магнитной проницаемости μ и магнит-
ной восприимчивости χ достигают больших величин.
      Парамагнетизм – разновидность ферромагнетизма, отли-
чающаяся тем, что намагничивание вещества М происходит под
действием значительного внешнего магнитного поля Н. В отсут-
ствие внешнего магнитного поля парамагнетик не намагничива-
ется. Намагниченность (магнитный момент сил) М парамагнети-
ков (в том числе и ферромагнетиков) увеличивается с ростом
внешнего магнитного поля Н по известному закону:
                           М = χН ,
где χ – магнитная восприимчивость вещества.
      У парамагнетиков χ мала и имеет значения 10–4–10–6.
      Диамагнетизм – разновидность магнетизма, проявляющая-
ся в намагничивании вещества навстречу направления дейст-
вующего на него внешнего магнитного поля.
     Считается, что диамагнетизм по своей природе свойственен
всем веществам, включая ферромагнетики, парамагнетики и даже
немагнитные при нормальных температурах тела. Обычно вели-
чина диамагнитной восприимчивости χ очень мала и составляет


                             88


10–6-10–7 и менее. Поэтому создать и обнаружить эффект диамаг-
нетизма в нормальных условиях трудно из-за его малости и при
несравненно более значительном парамагнитном и тем более
ферромагнитном эффектах, которые маскируют и подавляют
диамагнетизм.
     Диамагнетизм у многих веществ существует самостоятель-
но, независимо от других форм (или видов) магнетизма. Так, на-
пример, установлено, что изначально диамагнетиками являются
висмут, ртуть, фосфор, сера, золото, серебро, медь, гелий, вода и
подавляющее большинство органических соединений [30]. С дру-
гой стороны, из теории диамагнетизма следует, что есть вещества
у которых преобладает свойство ферро- и парамагнетизма, но в
возможности и в реальности сосуществует их диамагнетизм с
ферро- или парамагнетизмом. Следовательно, можно рассматри-
вать диамагнетизм и сверхдиамагнетизм как общее свойство про-
тивоположное по форме проявления свойству ферро- и парамаг-
нетизму, т.е. как антиподы. Это согласуется с фактом переходов
ферромагнетиков и парамагнетиков в сверхдиамагнетики и об-
ратно при изменении очень низких температур вблизи соответст-
вующих критических точек.
     Сверхдиамагнетизм – это сверхмагнетизм, который по сво-
ей сути является (специфическим) диамагнетизмом, так как наве-
денное поле так же как у обычного диамагнетика направлено
против действия внешнего намагничивающегося магнитного по-
ля Н. Кроме того, при температурах до Ткр действует известный
закон, что намагниченность (наведенное магнитное поле) М, оце-
ниваемая магнитным моментом Pm, линейно зависит от намагни-
чивающегося поля Н как
                         М = Pm = χHm ,
где χ – парамагнитная или ферромагнитная восприимчивость,
равная примерно 10–4–10–6;
     m – масса магнетика [30].
     Нормально намагниченное вещество до M = H ′ в момент
перехода к сверхмагнетизму при Ткр изменяет свою магнитную
восприимчивость χ≈10–4–10–6 на сверхдиамагнитную восприим-
чивость χс со значением 10–2, т.к. подсчитано что у сверхмагнети-
ков («сверхпроводников») χс = 1/4π ≈ 0,08 ≈ 8 ⋅ 10–2. Это означает


                                89


увеличение χс коэффициента восприимчивости намагничивания
от 100 до 1000 и более крат.
     Факт на много облегченного намагничивания веществ, при
температурах меньше Ткр, приводит к тому, что от наведенного в
теле парамагнитного поля H ′ и продолжающего действовать по-
ля Н, т.е. от суммарного намагничивающегося поля H ′′ = H + H ′ ,
при переходе вещества (при Т<Ткр) к сверхнамагничиваемости с
большей диамагнитной восприимчивостью χс приводит к сверх-
намагничиваемости до насыщения и его сверхдиамагнитное поле
Нс становится на много больше и H ′ и Н. При этом намагничен-
ность Мс возрастает пропорционально массе сверхмагнетика, вы-
раженной в граммах, умноженной на единичное значение Нс
грамм-молекулы вещества. Следовательно, сверхнамагничен-
ность Мс можно записать в виде:
                           Мс = χсНсm ,
где χс – сверхдиамагнитная восприимчивость;
    Нс – удельное значение сверхдиамагнитного поля;
    m – масса сверхмагнетика.
     Рассматривая влияние внешнего магнитного поля на магне-
тизм атомов вещества, следует учитывать, что изначально элек-
троны, вращаясь по своим кольцевым орбитам, имеют такой соб-
ственный магнитный момент Pm орб (см. рис. 10 и 11), выражен-
ный в гауссовых единицах (гс⋅см2):
                              eυ          eυr
                    Pm орб =       πr 2 =     ω,
                             c 2πr         2c
где е – заряд электрона; υ – линейная скорость электрона; r – ра-
диус орбиты; ω – угловая скорость орбитального вращения элек-
трона (ω≈1015 об/сек); с – скорость света.
     При этом электрон на орбите обладает механическим мо-
                     υ
ментом Lорб = mr 2   = mυr .
                   r
     У электронов разных кольцевых орбит υ и r различны и,
следовательно, Pm орб и Lорб тоже разные. Однако отношение Pm орб
                                                  e
к Lорб считается строго постоянным и равным          . Напряжен-
                                                 2mc
ность орбитального магнитного поля, создаваемого движением


                               90



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика