Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
обозначена Hgso) В точках и bs ток подводится по трубкам Hgi и Hg4;
трубки Hg2 и Hg3 могут быть использованы с аналогичной целью, а также для
измерения разности потенциалов между концами ртутной нити. Наполненную
ртутью трубку Hgs можно использовать для измерения потенциала в точке Ь4.
В целях экономии места в криостате, а также сохранения свободного
пространства вокруг перемешивающего насоса Sb трубки, кото-
Рис 4 4. Схема расположения образца ртути при измерениях сопротивления
(а); общий вид образца (б); схема криостата с установленным образцом (в);
схема расположения выводов на капке криостата (г) [Соттип. Phys Lab.
Univ. Leiden, № 124c (1912), лист I, рис. 1, 2, 3, 4 соотв ]
65
рые показаны на рис. 4.4, а в одной плоскости, были собраны в компактный
набор, изображенный на рис. 4.4, б; их положение в криостате представлено
на рис. 4.4, в. Выводы располагались на капке криостата Sb 1 так, как
показано на рис. 4.4, г, дающем общий вид установки. Для компенсации
теплового расширения ртути в этих отводах были созданы "буферные
пространства", а в нижней части в них впаивались платиновые провода Hgp,
Hg2', Hg3', Hg4-, Hg5', соединенные с измерительным устройством. Прибор
заполнялся ртутью, перегнанной в вакууме при температуре 60- 70°С, причем
более холодная часть дистиллятора была погружена в жидкий воздух".
Полученные результаты выглядели так, как показано на рис. 4.5. "Поскольку
предшествующие эксперимен-
Рис. 4.5. Зависимость сопротивления образца ртути от температуры [Commun.
Phys. Lab. Univ. Leiden, № 124 (1912), стр. 23, рис. без
номера].
66
гы свидетельствовали о довольно быстром уменьшении хшротивления сразу,
как только температура падала ниже температуры кипения гелия, в первую
очередь возник вопрос, существует ли точка перегиба этой кривой... С
целью ответить на этот вопрос температуру поднимали зыше точки кипения
путем увеличения давления, при котором жидкость испарялась (для этого
перекрывался кран Еакг, ведущий к ожижителю). Эти измерения показали,
что, начиная с точки плавления водорода вплоть до окрестности точки
кипения жидкого гелия, наблюдается обычное постепенное уменьшение
скорости спадания сопротивления с температурой... Немного выше и немного
ниже точки кипения гелия (в интервале 4,29-4,21 К) подобное медленное
изменение сопротивления было ясно видно (рис. 4.5), однако в интервале
4,21-4,19 К сопротивление уменьшалось очень резко и при 4,19 К вообще
исчезало (значения температур указаны с учетом того, что температура
кипения гелия равна1 4,25 К)". Таким образом было надежно установлено.
существование сверхпроводящего состояния.
Следующий этап исследования заключался в изучении вновь открытого
состояния при больших значениях тока. Необходимость такого исследования
была продиктована следующим обстоятельством: если бы сопротивление в
действительности не равнялось нулю, то больший ток должен был бы
приводить к большему, а следовательно, и легче регистрируемому значению
разности потенциалов (см. примечание 1 на стр. 63). Однако полученные
результаты лишь еще более запутали ситуацию, так как наблюдалось "особое
явление: при любой температуре ниже 4,18 К для ртутной нити, заключенной
в стеклянный капилляр, существовало некое пороговое значение плотности
тока, при превышении которого характер явления резко изменялся. При
плотностях тока ниже пороговой электрический ток проходит без сколько-
нибудь заметных разностей потенциалов, приложенных к концам нити. Это
говорило о том, что нить не обладает сопротивлением... Как только
плотность тока превосходила пороговое значение, появлялась и разность
потенциалов, которая к тому же росла быстрее, чем сам ток".
1 В настоящее время принятое значение температуры кипения Гелия
составляет 4,215 К. - Прим. ред.
67
Затем была поставлена серия экспериментов с целью найти объяснение новому
эффекту. Прежде всего было замечено, что пороговая плотность тока
возрастала с понижением температуры - примерно пропорционально отклонению
от температуры перехода в сверхпроводящее состояние (до тех пор, пока
разность между температу-рами была не слишком велика). Естественно
напрашивалось предположение, что из-за нагрева, обусловленного каким-то
эффектом, температура ртути поднималась выше точки перехода. Была
поставлена задача -• найти этот источник тепла. Используя различные
конфигурации ртутной нити, удалось установить, что тепло не подводилось
снаружи. Рассматривалось влияние примесей в ртути, хотя в процессе
перегонки они должны были быть удалены; опыты показали, что эффект
нагревания не связан с примесями, специально добавленными в нужных
количествах. Далее было высказано предположение, что, возможно, контакт
ртутной нити с обычным проводником, в каком-либо виде оказавшемся в ней
или образованным внутри ее, способен аннулировать сверхпроводящие
свойства ртути. Для проверки был взят стальной капилляр, но это не
привело к каким-либо определенным результатам, и лишь в дальнейшем, в
