Номер 1, страница 92, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

1. Какой опыт вы предложили бы для того, чтобы удостовериться в том, что в сверхпроводнике в сверхпроводящем состоянии отсутствует всякое сопротивление?

1. Чтобы экспериментально удостовериться в отсутствии электрического сопротивления у сверхпроводника, находящегося в сверхпроводящем состоянии, наиболее наглядным и фундаментальным является опыт по наблюдению незатухающего (персистентного) тока.

Суть опыта заключается в следующем:

1. Подготовка установки: Берется замкнутое кольцо или соленоид, изготовленный из материала, способного переходить в сверхпроводящее состояние (например, из ниобия или высокотемпературной керамики). Это кольцо помещается в криостат, позволяющий охладить его ниже критической температуры ($T_c$). Рядом с кольцом располагается чувствительный магнитометр для измерения магнитного поля.

2. Переход в сверхпроводящее состояние: Кольцо охлаждается до температуры ниже его критической ($T < T_c$), в результате чего оно становится сверхпроводником.

3. Создание тока: В сверхпроводящем кольце индуцируется электрический ток. Это можно сделать, например, с помощью закона электромагнитной индукции. Если поднести к кольцу постоянный магнит, то изменение магнитного потока через контур кольца вызовет в нем индукционный ток (согласно правилу Ленца, этот ток будет создавать магнитное поле, препятствующее изменению потока). После этого магнит можно убрать или оставить неподвижным.

4. Наблюдение: После того как ток был создан, внешний источник, его вызвавший, больше не оказывает влияния. Теперь с помощью магнитометра ведется наблюдение за магнитным полем, создаваемым током в кольце.

Ожидаемый результат и выводы:

В обычном проводнике, обладающем сопротивлением ($R > 0$), индуцированный ток очень быстро затухнет из-за потерь энергии на нагрев проводника (согласно закону Джоуля-Ленца, $Q = I^2 R t$). Энергия электрического тока перейдет в тепловую, и ток прекратится.

В сверхпроводнике же, если его сопротивление действительно равно нулю ($R=0$), для затухания тока нет никаких причин. Электрическая энергия не будет рассеиваться в виде тепла. Поэтому ток, однажды созданный в замкнутом контуре, будет циркулировать в нем неограниченно долгое время, не ослабевая. Магнитометр будет регистрировать постоянное, не изменяющееся со временем магнитное поле.

Эксперименты, проведенные с момента открытия сверхпроводимости, показывают, что такие "вечные" токи могут существовать годами без какого-либо измеримого затухания. Время затухания тока в RL-цепи описывается экспоненциальным законом $I(t) = I_0 e^{-(R/L)t}$, где $\text{L}$ - индуктивность. Если $R=0$, то показатель экспоненты равен нулю, и $I(t) = I_0$, то есть ток постоянен. Именно этот факт — существование незатухающих токов — является самым убедительным доказательством того, что сопротивление в сверхпроводящем состоянии действительно равно нулю.

Ответ: Необходимо создать замкнутый контур из сверхпроводника, охладить его ниже критической температуры, индуцировать в нем электрический ток и с помощью магнитометра наблюдать за создаваемым этим током магнитным полем. Если ток не затухает со временем, что подтверждается постоянством магнитного поля, это доказывает отсутствие у материала электрического сопротивления.