|
Fakulteti “ ” kafedrasining
|
| bet | 5/6 | | Sana | 29.05.2024 | | Hajmi | 351,76 Kb. | | #256573 |
Bog'liq Abdujapparov Zafar O’ta o’tkazuvchanlik
1911-yilda Golland olimi X. Kamerling-Onnes simobning juda past temperaturadagi qarshiligini o‘lchayotib o‘ta o‘tkazuvchanlik hodisasini ochdi. Uni moddani begona moddalardan maksimal tozalaganda va temperaturani maksimal darajada pasaytirganda qarshiligi qanchagacha pasayishi qiziqtirgan. Bu tajriba ko‘tilmagan natijani berdi: temperatura 4,15 K (-268,85 gradus)ga pasayganda simobning qarshiligi bir zumda yo‘qoldi. Qarshilikning bunday o‘zgarishi rasmda ko‘rsatilgan.
Qarshilikning past temperaturalarda yo’qolishi.
O‘tgan asrning boshlaridayoq qattiq jismlarda tok tashuvchi vosita elektronlar ekanligi ma’lum edi. Ular manfiy zaryadga ega, atomlardan ancha yengil. Musbat zaryadlangan yadro Kulon qonuniga asosan elektron bilan o‘zaro ta’sirlashadi. Har bir elektron yadro atrofida o‘z “orbitasiga” ega. Orbita yadroga qancha yaqin bo‘lsa elektron unga shuncha kuchli tortiladi, elektronni yadrodan ajratib olish uchun shuncha ko‘p energiya talab qilinadi. Aksincha, eng chetki yadrolarni ajratish yengil, uning uchun ozroq energiya talab qilinadi. Tashqi elektronlar valentli deyiladi.
Tashqi elektronlar qattiq jism hosil qilgan atomlarda xaqiqatan ham yengil ajraladi va qariyib erkin elektronlar gazini hosil qiladi. Huddi, qattiq jismni bir ko‘za deb faraz qilinsa, u to‘la gaz. Bu gaz – erkin elektronlar. Bu qattiq jism parchasiga elektr maydoni ta’sir etsa, elektron gazdan “shamol” paydo bo‘ladi, ya’ni elektronlar harakatga kelib, maydon ta’sirida bir tomonga intiladi. Bu “shamol” elektr tokidir.
Ma’lumki, hamma moddalar ham tok o‘tkazavermaydi. Dielektiriklarning valentli elektronlari o‘z atomlariga “qattiq”, ya’ni kuchli bog‘langan, ularni ajratib olib, bir tomonga yurgizish oson emas. Buning sabablari murakkab va bu yerda tushuntirib o‘tirishga ehtiyoj yo‘q. Ba’zan dielektrikni ham o‘tkazuvchanlik hususiyatiga ega bo‘lishga majbur qilish mumkin. Masalan, katta bosim ta’sirida atomlar o‘zaro yaqinlashadi va dielektrik metallga aylanib, o‘tkazuvchan bo‘lib qoladi.
Metallarda ham elektronlar to‘la erkinlikka ega emas. Ular o‘z harakati mobaynida atomlarning qoldiqlariga to‘rtinadi va sochilib ketadilar. Bunda ishqalish yuz beradi va biz uni tok qarshilikka uchradi, deymiz. (Aslida qarshilikning tabiati ham ancha murakkab). O‘ta o‘tkazuvchanlik holatida esa qarshilik yo‘qoladi, nolga teng bo‘lib qoladi.Elektronlar harakati ishqalishsiz ro‘y beradi. Shu bilan birga bizning kundalik hayotimizda olgan tajribamiz bunday bo‘lishi mumkin emas, deydi. Fiziklarning ko‘p yillik tadqiqotlari bu qarama-qarshilikni hal qilishga qaratilgan edi.
Tempratura oshishi bilan atomlarning qoldiqlari (ularni ba’zi elektronlari tark etgan) kuchliroq tebranishadi va elektr tokiga halaqit berish kuchayadi. -o‘ta o‘tkazuvchanlik holatidagi qoldiq qarshilik. Tempraturani absolyut nulga yaqinlashtirsak namunaning qarshiligi ga intiladi. Qoldiq qarshilik namuna tartibining tozaligiga bog‘liq – unda turli aralashmalar va tuzilishining kamchiliklari – kovaklar bo‘lishi mumkin.Ular qancha kam bo‘lsa, ham shuncha kichik bo‘ladi.
X. Kamerling–Onnes aynan simob bilan tajriba o‘tkazishning boisi shundaki, u paytlarda tillo, kumush, platina kabi metallardan ko‘ra simobni (haydash yo‘li bilan) yuqori darajada tozalashga erishish mumkin edi.
Kritik tempratura
Tempraturani pasaytirish jarayonida o‘ta o‘tkazuvchanlik sakrab hosil bo‘ladi.O‘ta o‘tkazuvchanlik hosil bo‘ladigan temperatura kritik temperatura Ts deyiladi.Tajribalarni sinchiklab o‘rganish shuni ko‘rsatdiki bu o‘tish yuritik temperaturaning atrofidagi muayyan oraliqda ro‘y beradi.(rasmga qarang)
Qarshilik, harakatlanayotgan elektronlarning ishqalishi namunaning toza-kirligidan qat’i-nazar yo‘qoladi. Toza namunada u “tez” sakkrab o‘tadi, “kir” namunada sakrash ko‘proq temperatura oralig‘ini egallaydi. Sakrash oralig‘i (Tso-Tse) eng toza namunalarda juda kichik -gradusning yuzdan kichik ulushlariga teng. Kir namunalarda – o‘nlab gradus.
Har xil moddalar uchun kritik temperatura har xil. rasmda bir necha toza moddalarning kritik temperaturalari va ularda o‘ta o‘tkazuvchanlikning topilish yillari ko‘rsatilgan.
1930 yilda tajribada niobiy moddasida kuzatilgan o‘ta o‘tkazuvchanlik holati yaqin yillargacha eng yuqori temperaturali (9,2 K) o‘ta o‘tkazuvchanlik deb hisoblanib kelindi. Nafaqat simob, qalay, qo‘rg‘oshin, balki qotishmalarning ham o‘ta o‘tkazuvchanligini Kamerning-Onnes ochgan.
Shu paytgacha o‘ta o‘tkazuvchanlikni biz past temperaturada qarshilikning yo‘qligi deb keldik. Biroq, bu - juda murakkab, boshqa omillarga ham bog‘liq xodisa. Eng muhim yana bir omil 1933 yilda nemislar V.Maysner va R.Oksenfeldlar tomonidan kuzatilgan bo‘lib, bu - o‘ta o‘tkazuvchanlikning magnit maydoniga bog‘liqligidir. Uncha kuchli bo‘lmagan o‘zgarmas magnit maydoni o‘ta o‘tkazuvchan holatdagi moddaning tanasidan siqib chiqariladi. Uning ichida magnit maydoni nolgacha kamayadi. Ya’ni o‘ta o‘tkazuvchanlik va magnetizm bir-biriga zid xususiyatlar ekan.
Issiqliq kattaliklari ham o‘ta o‘tkazuvchan materialda o‘ziga xos ahamiyatga ega. O‘ta o‘tkazuvchanlik holatiga o‘tavergan sari moddalarning issiqlik sig‘imi kamaya borib, kritik temperaturada sakrab 2...3 marta oshadi.
Boshida tushunish uchun foydalanib, elektronlarni ko‘zadagi gaz deganimiz unchalik to‘g‘ri emas. Chunki ular zaryadga ega va o‘zaro ta’sirlashadi. Gaz bilan qattiq jism o‘rtasidagi holat – suyuqlik biz uchun aniqroq ko‘l keladi. O‘ta o‘tkazuvchanni ikki xil elektronlar syuqligininig aralashmasi deb faraz qilish mumkin. Normal elektronlar suyuqligi - oddiy, o‘tkazuvchan metalldagi elektronlarga o‘xshash. O‘ta o‘tkazuvchan elektronlar suyuqligi – ishqalisiz oquvchan. Ikkala suyuqlik ham obdon aralashtirilgan. O‘ta o‘tkazuvchanda ikkala suyuqlik ham bor. Ularning ulushlari temperaturaga bog‘liq.. Temperatura pasayib, kritik qiymatga yetganda o‘ta o‘tkazuvchan elektronlar paydo bo‘ladi. Temperatura absolyut nolda hamma elektronlar o‘ta o‘tkazuvchan bo‘ladi. Agar namunadagi magnit maydoni nolga teng bo‘lmasa, o‘ta o‘tkazuvchanlikka o‘tishda bu maydonni namuna tanasidan siqib chiqarish uchun energiya talab qilinadi.Talab qilinadigan energiyaning miqdori namuna tanasidagi magnit maydon ega bo‘lgan energiyaga aynan teng. Agar maydon muayyan bir qiymatdan katta bo‘lsa, temperaturani qancha kamaytirmaylik, o‘ta o‘tkazuvchanlik yuz bermaydi. Bu qiymat magnit maydonning kritik kuchlanganligi deyiladi (Ns). Kritik kuchlanganlik temperaturaga bog‘liq, va, aksincha, kritik temperatura kuchlanganlikka bog‘liq.. Maydon kuchlanganligi kattaroq bo‘lsa, kritik temperatura pastroq, maydon kuchlanganligi kamroq bo‘lsa, kritik temperatura yuqoriroq bo‘ladi. Bu bog‘lanishni ko‘rsatuvchi diagramma rasmda ko‘rsatilgan.
O‘ta o‘tkazuvchanlikka erishish uchun temperatura va magnit maydon kuchlanganligining qiymatlari bo‘yalgan zonaga kirish kerak. Ya’ni, temperatura va maydon kuchlanganlikning qiymatlari shu zonadagi biror nuqtaga to‘g‘ri keladigan darajada past bo‘lsagina o‘ta o‘tkazuvchanlik mavjud. 1960-yilda Dj.Kansler T=4,2K, N=88000 Ersted temperatura va maydon kuchlanganliklarida NV3Sn (niobiy-qalay) dan ishlangan sim orqali zichligi 100000 A/sm2 bo‘lgan tok o‘tkazishga erishgan. Har bir material uchun o‘z kritik Ns va Ts lari mavjud. (Taqqoslash uchun: 1A tokli oddiy sim 2 E maydon kuchlanganligi hosil qiladi)
Bu ikki kattalikdan tashqari o‘ta o‘tkazuvchanlikni chegaralab turuvchi yana bir kattalik bor. U - tok. Kritik tok. O‘ta o‘tkazgichlarning o‘lchamlari cheklangan. Birlik yuzaga ega o‘ta o‘tgazgich o‘z ko‘ndalang kesimidan cheklangan zichlikdagi tokni o‘tkazish imkoniyatiga ega. Bu kattalikni kritik zichlik deyishib, js bilan belgilashadi(A/sm2). Agar biroz oldin muhokama qilganimiz tashqi magnit maydoni mavjud bo‘lmasa ham, o‘ta o‘tkazgichdagi tok o‘z magnit maydonini hosil qiladi. Bu xususiy maydon ham o‘ta o‘tkazuvchanlikni buzishga harakat qiladi. Kritik zichlikdagi tok yoki kritik tok shundayki, u kritik magnit maydon kuchlanganligi hosil qiladi va o‘ta o‘tkazuvchanlikni buzadi.
O‘ta o‘tkazgichlarning qo‘llanilishi
Simlardan elektr tokini uzatishida isroflar aynan qarshiliklarda ro‘y beradi. Qarshiligi yo‘q simlardan foydalanish qanchalik foydali ekanligi ravshan. Hozirda ishlab chiqarilayotgan energiyaning 10% i simlarda isrof bo‘lmoqda. Bu juda katta energiya - har 10ta elektrostansiyaning biri isroflarni qoplashga ishlamoqda. Bu muammoni hal qilishda o‘ta o‘tkazgichlar qo‘l keladi. Biroq, ularni tayyorlash juda qiyin, qimmat va murakkab masala.
O‘ta o‘tkazuvchanlikni hosil qiluvchi past temperaturani murakkab jihozlar yordamida hosil qilinadigan suyuq geliy ta’minlaydi. Suyuq geliyni suyuq holda ushlab turish uchun unda hosil bo‘layotgan issiqlikni ko‘p miqdordagi suyuq azot vositasida tashqariga uzatib turish kerak. Ularni tashqi issiq muhitdan izolyatsiyalash kerak. Suyuq geliy kamyob va qimmat. Apparatura va uni ishlatish uchun odamlar yuqori texnologiyalarga mansub bo‘lishi talab qilinadi. Shuning uchun o‘ta o‘tkazgichlarning kritik temperaturasini ko‘tarish juda muhim masala. yuqori kritik temperaturali (masalan, minus 2000S va udan yuqori) o‘ta o‘tkazgichlar yaratish texnologiyasi yo‘lga qo‘yilsa, bu temperaturani ta’minlash uchun arzon va mo‘l suyuq azotdan foydalanish mumkin. Hozircha faqat ixcham texnologik jihozlardagina suyuq geliy bilan sovutiladigan o‘ta o‘tkazgichlar qo‘llanilmoqda.
|
| |
