Теория сверхпроводимости
Ю.В.Клюшин, u79@mail.ru
Содержание
Глава 1.
1.1 Объяснение явления сверхпроводимости.
1.2 Определение зависимости Тсп(Fа/mа).
Глава 2.
2.1 Воздействия, как доказательство явления.
2.2 Криореакция.
Глава 3.
3.1 Сверхпроводимость сложных веществ на примере бинарных сплавов.
Глава 1
1.1 Объяснение явления сверхпроводимости
В начале всей работы определим пространство как неизменную координатную сетку, неспособную ни сжиматься, ни растягиваться. При этом необходимо обратить внимание на то, что всяческие изменения касаются только материи, но не того в чём она находится, то есть самой координатной сетки пространства.
Итак, для объяснения явления сверхпроводимости прибегнем к сравнению двух состояний вещества:
а) Вещество движется с некоторой скоростью v.
б) Вещество покоится и охлаждено.
Рассмотрим данные состояния в соответствующем порядке:
а).Вещество движется с некоторой скоростью v.
Представим движущийся макрообъект в виде совокупности частиц, каждую из которых будем считать движущейся относительно системы покоя как отдельный объект, но в тоже время частица будет оставаться составляющей единого тела.
Представляя движущийся макрообъект таким образом, мы можем сказать, что изменение таких параметров как m и t по теории относительности относительно покоящейся системы отсчёта справедливо для отдельно взятой частицы этого макрообъекта.
Далее определим, что есть для покоящегося наблюдателя тепловое движение частицы в движущемся объекте. Это ни что иное, как смещение частицы относительно её базового положения в этом теле. То есть подобное смещение определяет наличие помимо движения частицы как отдельного объекта в направлении, совпадающем с направлением всего тела, еще n - направлений определяемых свободами движения частиц в самом теле.
При этом, рассматривая частицы как отдельный объект, мы можем отметить, что относительно системы покоя масса этой частицы изменяется по известной зависимости:
mч = mч0*(1-v2/c2)-0.5,
где mч0 - масса частицы в покоящемся теле; v - скорость вещества; с - скорость света вакууме.
Такое же изменение касается и временных процессов происходящих с частицей относительно системы покоя:
t=t0*(1-v2/c2)-0.5,
где t0 - время, затраченное на процесс, в котором участвует частица в покоящемся теле.
Вместе с тем известно, что выше означенное смещение относительно базового положения частицы в теле определяется наличием кинетической энергией движения данной частицы в теле.
Что будет происходить с данной энергией частицы для покоящегося наблюдателя? На этот вопрос можно ответить, если записать всем известную формулировку кинетической энергии для частицы с подстановкой изменяющихся параметров:
Екин=mч*vч2/2,
где mч - масса частицы относительно системы покоя; vч - скорость смещения частицы относительно системы покоя.
Обозначим:
a=(1-v2/c2)-0.5,
тогда, выразив mч и tч изменяющимися относительно системы покоя, получим:
Екин=mч0*a*(s/t0*a)2/2=mч0*(s/t0)2/(2*a)=Eкин0/a
Екин =Eкин0*(1-v2/c2)0.5, (1)
где s - расстояние, преодолеваемое частицей в системе движущегося тела по одной из свобод движения; Eкин0 - энергия частицы, обуславливающая движение по одной из свобод в покоящемся теле.
Из (1) следует, что Екин, то есть энергия, определяющая данное смещение частицы, стремится к нулю при стремлении скорости тела к скорости света (с).
Таким образом, получается, что относительно покоящегося наблюдателя при стремлении макрообъекта к скорости света (с), по сути дела, температура данного объекта стремится к абсолютному нулю, так как являет собою прямое следствие наличия движения частиц в теле.
В дополнение к вышесказанному необходимо добавить, что существует ещё одна изменяющаяся величина в движущей системе, такая как продольные размеры тела (L) и может возникнуть мысль, что в выражение Екин для движения частицы по направлению движения системы тела добавится якобы и изменение расстояния проходимого частицей в системе тела. И тогда изменение Екин частицы по направлению движении системы тела и изменение Екин частицы перпендикулярно его движению будут неравны.
Но если оценить ситуацию таким образом, что изменение (L) есть изменение только продольных размеров вещества, но не пространства (не сетки пространства). То есть точки пространства, относительно которых оценивается пройденное расстояние, остаются в первоначльных координатах. И поэтому расстояние s, пройденное со скоростью v и за время t, рассматривается также неизменным.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод:
Каждый параметр тела (m,t,l) изменяется во время увеличения скорости тела. Но если Эйнштейн утверждал, что к примеру масса изменяется относительно системы покоя, но постоянна относительно самого движущегося тела, то у нас получается практически до наоборот: масса изменяется у каждой частицы тела относительно системы оного тела если смотреть глазами наблюдателя в системе покоя. Относительно же самой системы покоя. масса тела остаётся неизменной по причине того, что во время движения тела полная энергия хаотического движения частицы преобразуется в энергию движения частицы относительно системы покоя в направлении движения всего тела, то есть имеется в виду, что телу в целом передаётся энергия движения а значит и его частицам но в тоже время энергия отбирается у частиц относительно самого тела. Значит энергия самой частицы остаётся неизменной относительно системы покоя . а значит и масса её и всего тела также постоянна.
Итак, мы определили существование зависимости температуры вещества от скорости его движения. Далее определим еще одну зависимость для температуры движущегося тела.
Как известно, температура определяется количеством хаотического движения частиц. Следовательно, нас интересует только энергия теплового колебания частиц вещества. Та же часть полной энергии вещества, которая соответствует энергии связи, это тоже энергия движения составных субчастиц, которые в результате движения по контурам порождают поля связывающие субчастицы; при охлаждении тела эта энергия ,являющаяся внутренней энергией частиц, переходит в ту самую кинетическую энергию хаотического движения самой частицы, определяющую температуру (этот переход будет рассмотрен ниже) (также надо заметить, что помимо энергии движения субчастиц по контурам во внутреннюю энергию частиц входит ещё и энергия колебательного (теплового) движения их субчастиц), а значит можем рассматривать энергию связи в виде кинетической энергии теплового движения частиц. Поэтому будем рассматривать полную энергию как энергию хаотического движения частиц
При этом данная энергия колебания представляет собой сумму кинетической энергии движения частиц и энергии их взаимодействия - потенциальной энергии.
Потенциальную энергию частиц мы можем представить эквивалентной кинетической, исходя из того, что в колебательном движении потенциальная энергия переходит в кинетическую. А при движении вещества Екин частиц снижается, и значит, в конечном счёте, вся Епот частиц переходит в Екин, в последствии уменьшающуюся.
Таким образом, энергию колебания частиц в нашем случае представим через Екин и подразделим её на энергию хаотического движения составляющих вещества (атомов и молекул), именуя её Екин и на энергию внутреннего хаотического движения в самих атомах или молекулах, именуя её Евн.
Ниже приведём пример отображающий зависимость температуры вещества в движении от распределения энергии хаотического движения частиц в веществе.
В данном примере будем рассматривать часть Еполн.вн вещества состоящую только из энергии движения атомов и суммарной энергии хаотического движения частиц ядра и колебательного движения электронов на орбиталях поскольку именно эта часть полной энергии напрямую связанна с температурой. Также, здесь и в дальнейшем будем рассматривать простые вещества с атомарной структурой.
Итак, допустим, что существует два разных вещества и для одинаковых масс и начальных скоростей стремящихся к нулю в них существует некоторое распределение энергий:
1-ое вещество: Еполн.вн.1о= Екин.1о+Евн.1о=10+10=20 (2)
2-ое вещество: Еполн.вн.2о=Екин.2о+Евн.2о=10+5=15 (3)
После того, как вещества разогнали до какой-то скорости v=v1=v2, исходя из формулировки (1) приведенной выше можно сказать, что изменение энергии Екин и Евн будет носить следующий характер:
Екин=Екин.о*а;
Евн=Екинчаст =Екин.очаст *а=Евн.о*а;
где а=(1-v2/с2).
При этом понятно, что соответствующие энергии в веществах изменятся в одно и тоже количество раз. То есть, допустим, а=0,5, тогда:
энергия сверхпроводимость температура бинарный
1-ое вещество: Еполн.вн.1=Екин.1+Евн.1=5+5=10 (4)
2-ое вещество: Еполн.вн.2=Екин.2+Евн.2=5+2,5=7,5 (5)
Как видно, Екин1 и Екин2 при скорости v веществ остались равными как и в начальных условиях. Так и было бы, если не зависимость долевого соотношения Екин. и Евн. видов энергии от величины Т вещества. Поясним это на примере макромодели атомов:
Пусть есть два шарика. Они разгоняются с большой скоростью и врезаются друг в друга (центрированный удар), продолжая движение в сторону большей скорости, в первом случае и, двигаясь очень медленно, сталкиваются гораздо менее центрировано во втором случае. Ясно, что в первом случае гораздо большее количество энергии, относительно полной переданной в систему двух шариков, перейдёт в шарик, чем во втором случае. То же самое наблюдается в случае с нагретым и охлаждённым веществом соответственно и представляет собой зависимость, показанную на рис.1.1.1:
Рис.1.1.1. Зависимость доли внутренней энергии атома от величины температуры вещества.
Пояснить зависимость, приведённую на (рис.1.1.1), можно так. Чем больше температура вещества, тем больше количество центрированных ударов атомов-главных подпитывателей Евн. И при этом, естественно, большая часть энергии от Еполн.вн идёт во внутреннюю энергию атома.
По этому можно сказать, возвращаясь к примеру, что с уменьшением температуры отношение Евн / Екин уменьшается, то есть часть внутренней энергии атомов переходит в Екин движения атомов. А поскольку, соотношение Евн / Екин, которое было получено в (4) и (5), соответствует небалансу, то избыточная энергия высвобождается, параллельно увеличивая кинетическую энергию целых атомов (Екин).
Причём необходимо отметить, что величина высвобождающейся энергии прямо пропорциональна величине доли Евн в веществе (Евн*), поэтому в случае с первым веществом на увеличение Екин пойдёт большая энергия. Тем самым мы определили, что с увеличением скорости вещество теряет кинетическую энергию целых атомов тем интенсивнее, чем меньше доля внутренней энергии атомов (Евн*) в этом веществе. А значит, и величина температуры движущегося тела пропорциональна величине Евн* в веществе. Примем это и для последующего расчёта.
б).Покоящееся вещество охлаждается.
В 2001 году американскими учёными был сделан эксперимент по остановке светового потока в охлаждённой среде.
На основе этого мы можем считать, что не только электромагнитные (ЭМ) кванты света тормозятся в охлаждённом веществе, но и ЭМ поле как таковое при передвижении в веществе во время его охлаждения тоже будет уменьшать свою скорость относительно тела .
Таким образом ,если рассмотреть некоторое ЭМ поле перемещающееся в охлаждаемом веществе , то оно будет замедлять свою скорость стремясь к остановке. Тогда если сравнить системы вещества в которых движется ЭМ поле во время движения вещества с ускорением и стремлением к скорости (с) и во время охлаждения оного при стремлении Т вещества к абсолютному нулю, то для ЭМ поля перемещающегося в данном веществе эти системы будут одинаковы. И в системе движущегося тела ЭМ поле летящее в нём будет также уменьшать свою скорость относительно этого тела. (Если хотите можем считать это за обоснованное предположение).
Итак, опираясь на вышесказанное, надо сделать вывод:
Для последующего объяснения явления сверхпроводимости будем считать, что скорость (v1) ЭМ волны в веществе при разгоне оного или при охлаждении меняется относительно этого вещества по одному и тому же закону:
Пусть Еполн.вн0=Е для вещества массой (m). Данное вещество в первом случае охлаждается с отбором Еполн.вн и покоится ;Во втором случае данное вещество разгоняется до определённой скорости (v) при которой происходит отбор Еполн.вн равный по величине отбору в первом случае. Тогда скорости волны в веществе относительного данного вещества можно считать равными в обоих случаях.
Теперь, используя факт об уменьшении скорости ЭМ поля, попробуем привести новое объяснение явления сверхпроводимости. Итак, считая, что замедление происходит не только у фотонов, но и у ЭМ поля окружающего движущийся заряд в проводнике.
При этом, двигаясь в охлаждённом веществе, электрон остаётся связанным со своим полем посредством которого происходит взаимодействие с другими зарядами. Но если представить, что скорость поля электрона при какой-то температуре вещества уже не может быть больше некой скорости (v1) относительно данного вещества, то будет ясно, что с дальнейшим уменьшением температуры вещества должно происходить и дальнейшее уменьшение предельной скорости поля заряда (v1). А поскольку электрон связан со своим полем, то по идее и его скорость должна уменьшаться со снижением Т вещества, что должно неминуемо приводить к уменьшению g/t через сечение вещества, то есть самого тока. А это будет наоборот свидетельствовать об уменьшении проводимости вещества с уменьшением Т вещества, что естественно противоречит происходящему на самом деле.