Номер 4, страница 380 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 115. Зависимость сопротивления проводника от температуры. Сверхпроводимость. Глава 16. Электрический ток в различных средах - номер 4, страница 380.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Чтобы убедиться в том, что в кольцевом сверхпроводнике действительно устанавливается неизменный ток, необходимо экспериментально зафиксировать его главное проявление — создаваемое им постоянное магнитное поле. Это основано на фундаментальном свойстве сверхпроводников: их электрическое сопротивление равно нулю ($R=0$). Теоретически это означает, что любой ток, возбужденный в замкнутом сверхпроводящем контуре, будет существовать вечно, так как отсутствуют джоулевы потери энергии.

Практическая проверка этого явления выглядит следующим образом:

1. Подготовка и индукция тока. Кольцо из сверхпроводящего материала охлаждают до температуры ниже критической ($T < T_c$), переводя его в сверхпроводящее состояние. Затем в кольце создают электрический ток. Это можно сделать с помощью электромагнитной индукции: например, быстро изменив магнитный поток, проходящий через кольцо (поднести и убрать магнит или изменить ток в катушке индуктивности рядом). Согласно закону Фарадея, изменение магнитного потока $\Phi$ создаст в кольце ЭДС индукции $\mathcal{E} = -\frac{d\Phi}{dt}$, которая породит ток.

2. Измерение магнитного поля. После того как внешнее магнитное поле перестанет изменяться, ЭДС исчезнет, но индуцированный ток в сверхпроводящем кольце продолжит течь, так как ему не на чем затухать. Этот постоянный ток будет создавать вокруг себя постоянное магнитное поле. Сила этого поля прямо пропорциональна силе тока.

3. Верификация. Для того чтобы убедиться в постоянстве тока, рядом с кольцом размещают чувствительный прибор для измерения магнитного поля — магнитометр (например, датчик Холла или СКВИД). Проводя измерения через определенные промежутки времени (часы, дни, месяцы), можно отследить изменение величины магнитного поля. Если показания магнитометра остаются неизменными, это является прямым и убедительным доказательством того, что ток, создающий это поле, также неизменен.

В реальных экспериментах было показано, что ток в сверхпроводящих кольцах может существовать без заметного затухания в течение многих лет, что подтверждает данную теорию.

Ответ: Чтобы убедиться в установлении неизменного тока в кольцевом сверхпроводнике, необходимо измерить создаваемое им магнитное поле. Сначала в кольце, находящемся в сверхпроводящем состоянии, индуцируют ток (например, изменив пронизывающий его магнитный поток). Затем с помощью магнитометра, расположенного вблизи кольца, измеряют созданное этим током магнитное поле. Если в течение длительного времени показания магнитометра остаются постоянными, это доказывает, что ток в кольце не затухает и является неизменным.