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.
    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.




                                 91


                                                               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.




                                  92


                                      LΣ        (S)




                                 L1       Lорб1
                                                              L⊥
                                                          υ
                                                              е1   Fцб




                                          J                              Протодьяконовская
                                                                         пара электронов –
                                                    FE1                   внутриатомный
                                Pm1                                         магнитный
                                                                              диполь
           Ho                                                      Ho
                                      ядро
                          FE2




                                      J
           Fцб   е2
                      υ
                 L⊥         Lорб2
                                      Pm2




                                 Pm           (N)


         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-

                                                    93


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



                               94


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 вопросу о магнитостатической теории
                        сверхмагнетизма

     Так как сверхмагнетизм имеет не электродинамическую
природу и «сверхпроводимости» электронов, в общепринятом
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-


                                95


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. Удельная намагниченность (магнитный момент сил) М па-
рамагнетиков (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


                             96


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 = χдHm ,
где χд – 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 сверхмагнетиков («сверхпроводников») χс = 1/4π ≈



                               97


≈0,08 ≈ 8⋅10–2. Это означает увеличение χс коэффициента воспри-
имчивости 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


                               98


электрона, в направлении перпендикулярном плоскости орбиты,
т.е. вдоль оси орбиты, равна
                                    2 Pm.орб
                           H орб =       3
                                              .
                                       r
      Теперь, если на вещество (магнетик) воздействовать одно-
родным магнитным полем Н, то по мере его увеличения внутри
тела напряженность H ′ возрастает от H ′ = 0 до H ′ . При этом в
контуре орбиты электрона возникает магнитная индукция В, соз-
дающая дополнительный магнитный момент ΔPm, направленный
против внешнего магнитного поля Н, и вращательный механиче-
ский момент
                              e r 2 dH          dω
                     Lорб = −            = mr 2    .
                              c 2 dt            dt
                              e
      Отсюда dω = Δω = −          H .Знак минус в этом выражении
                             2mc
означает, что дополнительный орбитальный магнитный момент
ΔPm орб во внешнем магнитном поле Н направлен против этого
поля. Величина ΔPm определяется по формуле [30]:
                         er 2         e2r 2
               ΔPm.орб =      Δω = −         H = −ΔH орб .
                          2c          4mc
      Свойство атомных электронов создавать дополнительный
магнитный момент ΔPm орб, направленный против поля Н, называ-
ется диамагнетизмом.
      У диамагнетика дополнительному магнитному моменту
ΔPm орб соответствует дополнительное магнитное поле –ΔНорб то-
го же минусового знака что увеличивает результирующее маг-
нитное поле внутри обычного диамагнетика.
      Известно, что электрон обладает кроме орбитальных маг-
нитного и механического (вращательного по орбите) моментов, а
также аналогичных дополнительных орбитальных моментов во
внешнем магнитном поле, еще и спиновыми магнитными и меха-
ническими моментами от вращения вокруг собственной оси или
внутри орбитального пространства (тороида), см. рис. 11.
      Следовательно, электроны атома без воздействия на них
внешнего магнитного поля Н, обладают (в векторном выражении)
суммарным моментом магнитных сил


                               99


                          P mΣ = P m орб + P m спин
и суммарным моментом механических сил
                            L Σ = L орб + L спин .
     Магнитные и механические моменты сил электрона в нор-
мальном состоянии атомов уравновешивают друг друга, обеспе-
чивая стабильность орбит электронов.
     В случае действия внешнего магнитного поля Н появляются
ΔPm орб и ΔPm спин, тогда
          P mΣ = ( P m орб + Δ P m орб ) + ( Рm спин + Δ P m спин ) =
                         = P m + Δ P m орб + Δ P m спин .
     В результате магнитное поле одного электрона равно
              Н Σ = Н орб + Δ Н орб + Н спин + Δ Н спин .
     После устранения внешнего поля Н (Н=0) у магнетика еще
некоторое время, зависящее от температуры тела, сохраняется
остаточная намагниченность
                   M ост = Н m + Δ H орб + Δ Н спин .
     На устранение остаточной намагниченности требуется оп-
ределенная коэрцитивная сила, т.е. магнитное поле противопо-
ложного направления. Так появляется петля гистерезиса при пе-
ремагничивании.
     Аналогично вышеизложенному суммарный механический
момент LΣ атомного электрона под действием внешнего поля Н
равен
               L Σ = ( L орб + Δ L орб ) + ( L спин + Δ L спин )
или
                       L Σ = L + Δ L орб + Δ L спин .
     С целью выяснения вклада в магнитные свойства орбиталь-
ного и спинового движений электрона необходимо сопоставить
соотношения соответствующих магнитных и механических мо-
ментов электронов. Как уже указывалось
                              Pm орб        e
                                       =          .
                               Lорб       2mc
     Теоретические исследования и экспериментальные сведения
показали, что спиновый механический момент электрона в атоме


                                 100



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика