Применение явления сверхпроводимости.

 

Рис. 61.

С тех пор прошло немало лет и сверхпроводимость из разряда явлений уникальных и лабораторно-курьезных превратилась в общепризнанный факт и источник многомиллиардных доходов предприятий электронной индустрии. А дело всё в том, что любой электрический ток возбуждает вокруг себя магнитное поле. Поскольку сверхпроводники долгое время проводят ток практически без потерь, если поддерживать их при сверхнизких температурах, они представляют собой идеальный материал для изготовления электромагнитов. И, если вы когда-нибудь подвергались медико-диагностической процедуре, которая называется электронная томография и проводится на сканере, использующем принцип ядерно-магнитного резонанса, то вы, сами того, возможно, не подозревая, находились в считанных сантиметрах от сверхпроводящих электромагнитов. Именно они создают поле, позволяющее врачам получать высокоточные образы тканей человеческого тела в разрезе без необходимости прибегать к скальпелю.

Современные сверхпроводники сохраняют свои уникальные свойства при нагревании вплоть до температур порядка 20K (двадцать градусов выше абсолютного нуля). Долгое время это считалось температурным пределом сверхпроводимости. Однако в 1986 году сотрудники швейцарской лаборатории компьютерной фирмы IBM Георг Беднорц (Georg Bednorz, р. 1950) и Александр Мюллер (Alexander Mü ller, р. 1927) открыли сплав, сверхпроводящие свойства которого сохраняются и при 30K. Сегодня же науке известны материалы, остающиеся сверхпроводниками даже при 160К (то есть чуть ниже –100°C). При этом общепринятой теории, которая объясняла бы этот класс высокотемпературной сверхпроводимости, до сих пор не создано, но совершенно ясно, что в рамках теории БКШ ее объяснить невозможно. Практического применения высокотемпературные сверхпроводники на сегодняшний день не находят по причине их крайней дороговизны и хрупкости, однако разработки в этом направлении продолжаются.

Контрольные вопросы к §6

1)Перечислите оборудование в опыте 6.1 «Сопротивление проводников».

2) Какой вывод следует из опыта 6.1 «Сопротивление проводников»?

3) Чем объясняется сопротивление проводников?

4) По какому закону сопротивление проводников зависит от температуры? Запишите формулу. Чем является α в данной формуле?

5) Запишите формулу нахождения α.

6) Кем было открыто явление сверхпроводимости?

7) Запишите формулу сопротивления однородного проводника.

8) Дайте определение удельному сопротивлению проводников?

9) Запишите формулу удельного сопротивления проводника.

10) Запишите формулу работы при прохождении электрического тока по проводнику.

11) Запишите формулу мощности.

12) Запишите формулу закона Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

13) Запишите формулу удельной проводимости проводника.

14) Дайте характеристику сверхпроводников 1-го рода.

15) Дайте характеристику сверхпроводников 2-го рода.

16)Чем объясняется эффект Мейснера?

17) Дайте определение «гробу Мухаммеда»?

18) Чем объясняется теория БКШ?

19) Дайте определение куперовской парае?

20) Где применяется явление сверхпроводимости?

 

Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля - Ленца. Разветвление цепи. Правила Кирхгофа

7.1 Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля - Ленца

7.2 Разветвление цепи

7.3 Правила Кирхгофа

Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля - Ленца

Общеизвестен факт, что ток при прохождении по проводникам нагревает их.

Количество теплоты, которое выделяется в проводнике, определяется по закону Джоуля - Ленца, математическая формулировка которого записывается так:

(60)

Различные формулы для записи закона Джоуля – Ленца получены путём подстановки вместо одной из переменных её выражение из закона Ома для участка цепи.

Мощность тока измеряется количеством теплоты в единицу времени, т.е.:

(61)

 

Разветвление цепи

Электрические цепи могут разветвляться. Участок цепи, в котором сходятся более двух проводников, называется узлом. Промежутки между узлами – суть ветви цепи.

Возможны два вида соединения проводников.

Опыт 7.2. Последовательное и параллельное соединения проводников.

Цель работы: продемонстрировать последовательное и параллельное соединения проводников.

Параллельное и последовательное соединение (Рис. 62)

Рис. 62.

Оборудование:

1. Лампа, P=25 Вт

2. Лампа, P=150 Вт

3. Шина

Ход работы.

1. Возьмем две лампы мощностью 25 и 150 Вт, рассчитанные на подключение к сети с номинальным напряжением 127 В. Одна лампа мощностью 25 Вт постоянно подключена к шинам, на которые подано напряжение 40 В. А другая лампа будет подключена к этим же шинам последовательно с лампой мощностью 150 Вт. Видно, что при последовательном подключении светится лампа с меньшей мощностью, а свечение волоска мощной лампы едва заметно.

2. При параллельном подключении лампа мощностью 150 Вт светится заметно сильнее, чем менее мощная.

Вывод: Таким образом, при последовательном соединении сопротивлений большая мощность выделяется на большем сопротивлении. А при параллельном- на меньшем по величине сопротивлении.

Последовательное соединение проводников.

Рис. 63.

 

 

Параллельное соединение проводников

Рис. 64.

По закону Ома для участка цепи: ,

.

В общем случае применение закона Ома для разветвленной цепи представляет собой известную трудность, поэтому на практике часто используют правила Кирхгофа.

Правила Кирхгофа

Существует два типа задач, встречающихся при расчёте разветвлённых электрических цепей постоянного тока. Первый тип задач: зная параметры электрической цепи (сопротивления и ЭДС), рассчитать токи и напряжение на её участках. Второй тип задач: зная токи и напряжения, рассчитать её параметры. В основе всех методов расчёта разветвлённых электрических цепей постоянного тока лежат правила Кирхгофа.

1. Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю, причем токи, входящие в узел, берутся со знаком " плюс", а выходящие – со знаком " минус". Это правило является прямым следствием закона сохранения электрического заряда:

(62)

Пример 1.(см. Рис. 65)

Рис. 65.

I₁-I₂+I₃-I₄=0.

2. Алгебраическая сумма падений напряжения на участках контура равна алгебраической сумме ЭДС, действующих в нем. Если ток или ЭДС совпадают с направлением обхода вдоль контура, то они берутся со знаком " +", в противном случае – со знаком " -" :

(63)

Пример 2.(см. Рис. 66)

Рис. 66.

I₁r₁+I₁R₁-I₂R₂+I₃R₃+I₃r₂-I₄R₄=E₂-E₁.

Контрольные вопросы к §7

1) Перечислите оборудование в опыте 7.1 «Закон Джоуля-Ленца»

2) Какой вывод следует из опыта 7.1 «Закон Джоуля-Ленца»?

3) Запишите формулу количества теплоты, которое выделяется в проводнике?

4) В чем измеряется мощность тока?

5) Запишите формулу мощности тока.

6) Дайте определение узлу?

7) Назовите виды соединения проводников.

8) Назовите первое правило Кирхгофа.

9) Запишите формулу первого правила Кирхгофа.

10) Назовите второе правило Кирхгофа.

11) Запишите формулу второго правила Кирхгофа.

12) В результате чего проводник нагревается в опыте 7.1 «Закон Джоуля -Ленца»?

13) Как называют промежутки между узлами?

14) Напишите формулу напряжения при последовательном соединении проводников.

15) Напишите формулу напряжения при параллельном соединении проводников.

16) Чему равна сила тока для участка цепи?

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: