Номер 3, страница 309 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

3. В чём состоит явление сверхпроводимости?

Сверхпроводимость — это физическое явление, заключающееся в свойстве некоторых материалов при охлаждении ниже определённой, характерной для данного материала, критической температуры ($T_c$) полностью терять электрическое сопротивление и выталкивать из своего объёма магнитное поле.

Явление характеризуется двумя ключевыми особенностями:

1. Нулевое электрическое сопротивление. В сверхпроводящем состоянии электрический ток может течь через материал без потерь энергии, так как его сопротивление $\text{R}$ становится равным нулю. Это означает, что ток, однажды созданный в замкнутом сверхпроводящем контуре, будет существовать в нём практически вечно без внешнего источника питания. В обычных проводниках ток теряет энергию из-за столкновений электронов с ионами кристаллической решётки. В сверхпроводнике этот механизм потерь отсутствует.

2. Эффект Мейснера. Это второе фундаментальное свойство, которое заключается в полном выталкивании магнитного поля из объёма сверхпроводника. Если поместить материал в магнитное поле, а затем охладить его ниже критической температуры, он станет сверхпроводником и "вытеснит" магнитное поле из себя. Именно эффект Мейснера отличает сверхпроводник от гипотетического "идеального проводника" (у которого просто $R=0$) и позволяет наблюдать явление магнитной левитации.

Физическая природа сверхпроводимости объясняется квантовой теорией Бардина-Купера-Шриффера (БKШ). Согласно ей, при низких температурах электроны проводимости объединяются в так называемые куперовские пары. Эти пары, ведя себя как единые частицы, могут двигаться по кристаллической решётке без рассеяния, то есть без сопротивления.

Сверхпроводящее состояние является хрупким и может быть разрушено не только нагревом выше $T_c$, но и приложением достаточно сильного магнитного поля (превышающего критическое поле $H_c$) или пропусканием тока, плотность которого выше критической плотности тока ($J_c$).

Ответ: Явление сверхпроводимости состоит в том, что при охлаждении материала ниже определённой критической температуры его электрическое сопротивление падает до нуля, и он становится идеальным диамагнетиком, выталкивая из своего объёма магнитное поле (эффект Мейснера).