Сила разуплотнения поверхностного слоя жидких, твердых и газообразных веществ (стр. 8 )

Для возникновения сверхпроводимости необходимо, чтобы электроны, осуществляющие электрический ток, двигались без потерь энергии, что возможно только при сверхнизких температурах (около 4 °К, т. е. на несколько градусов выше абсолютного нуля), а до этого в проводниках существует остаточное сопротивление.

Особенностью сверхпроводящего тока является эффект Мейсснера. Сущность его заключается в том, что внутри сверхпроводящего тела частично или полностью отсутствует магнитное поле. Из этого следует, что в сверхпроводниках протекает только поверхностный ток в слое толщиной порядка 10-8 м.

Для объяснения причины сверхпроводимости в 30-х годах была предложена феноменологическая двухжидкостная модель, основанная на предположении, что вся совокупность электронов распадается на две взаимопроникающие жидкости, состоящие из нормальных и сверхпроводящих электронов. В дальнейшем была выдвинута микроскопическая теория сверхпроводимости, основанная на идее Бозе-конденсации куперовских пар электронов, где предполагается, что, благодаря спариванию электронов с разными спинами и электрон-фононному взаимодействию, электронная масса приобретает сверхтекучесть в виде электронной жидкости – Бозе-конденсата. Значит, по своей физической природе сверхпроводимость является аналогом сверхтекучей жидкости, состоящей из электронов.

Отсюда можно видеть, что поведение электронной массы рассматривается учеными как аналог поведения жидкости. Но для жидкостей и газов должно проявляться действие температурной составляющей СРПС. Значит, она проявляется и в поведении электронной массы. На этом основании у меня возникла идея дать новое объяснение причины сверхпроводимости.

Поток электронов внутри проводника ведет себя как газ или жидкость и, протекая вдоль проводника, он сталкивается с колеблющимися атомами кристаллической решетки металла. Эти колебания при обычных температурах создают большое сопротивление его движению. Но все же единая электронная масса, как любой газ или жидкость, создает на своей поверхности разуплотненный слой, который благодаря этому частично выходит за пределы поверхности проводника и начинает течь вдоль нее, не встречая сопротивления. Это, по моему мнению, подтверждается существованием в некоторых случаях поверхностных эффектов, когда в поперечном сечении обычного проводника наибольшая плотность тока сосредоточена на его поверхности (Малов, 1959). Но толщина этого слоя, выходящего за пределы поверхности, и количество электронов очень незначительно, так что при обычных температурах это не создает сверхпроводимости, потому что подавляющая часть электронов течет внутри проводника.

При определенном понижении температуры частота и, вероятно, диапазон колебания атомов решетки снижаются и меньше тормозят движение массы электронов. Поэтому сопротивление снижается, но еще сохраняется как остаточное. Вследствие уменьшения влияния колебаний атомов, масса электронов ведет себя как более свободный газ или жидкость. Поэтому поверхностный разуплотненный слой все более увеличивает толщину и все более выходит за пределы поверхности проводника, создавая поверхностный ток, обладающий свойствами сверхпроводимости. Но все же большая часть электронов протекает еще внутри проводника, обладая определенным сопротивлением.

Картина резко меняется при сверхнизких температурах, когда атомы практически перестают колебаться и электронная масса, приобретая свойства свободного газа или жидкости, создает достаточный разуплотненный слой с повышенным по толщине и скорости потоком электронов на поверхности проводника. Затем начинается действие по принципу пылесоса. Этот быстрый поверхностный поток электронов, двигающихся с большой скоростью, как насосом, втягивает в себя более медленно двигающиеся электроны из глубины проводника, и почти все они оказываются на поверхности проводника, двигаются с большими скоростями без соударения с атомами кристаллической решетки, создавая таким образом явление сверхпроводимости. Это и подтверждается эффектом Мейсснера. Иначе говоря, Т-СРПС электронной массы за счет поверхностного разуплотнения создает сначала небольшой поверхностный сверхтекучий ток, который затем, достигнув определенной силы при сверхнизких температурах, как пылесос втягивает в себя большую часть или все электроны из глубины проводника, создавая явление сверхпроводимости.

Практически сверхпроводники необходимы для создания термоядерных электростанций. Использование же обычных сверхпроводников экономически невыгодно, так как весьма существенная часть энергии этих электростанций уйдет на охлаждение самих сверхпроводников до сверхнизких температур. Поэтому сейчас в мире ведутся работы по решению проблемы так называемой высокотемпературной сверхпроводимости: поиск материалов, обладающих свойствами сверхпроводимости при температурах хотя бы на несколько десятков градусов выше абсолютного нуля, т. е. при температурах сжижения азота. Но эта проблема еще далека от своего решения и ученые все еще задают себе вопрос: “Есть ли свет в конце тоннеля?” (Максимов, 2000).

Предложенное мной объяснение сверхпроводимости позволяет под новым углом зрения взглянуть на эту проблему. В частности, необходимо обратить внимание на поиски материалов, в которых тепловые колебания атомов кристаллической решетки имеют минимальное влияние на поведение электронов. Атомы могут колебаться вдоль одной линии, или вдоль нескольких линий, или в плоскости по кругу, как пропеллер, или в сферическом объеме, иметь длинные или короткие колебания, различаться по частоте и т. д., или прекращать колебания при не очень низких температурах. Все это зависит от особенностей кристаллической решетки и влияет на сверхпроводимость. Самыми высокотемпературными должны быть сверхпроводники, где это влияние минимально. Конкретным решением этих вопросов, похоже, еще никто не занимался.

2.3.4. Роль в аэродинамике при контакте газов с крыльями самолетов

Заголовок этого раздела я написал для того, чтобы привлечь внимание специалистов по аэродинамике, так как эта отрасль науки для меня незнакома и сам я не знаю как подойти к этой проблеме. Ясно только одно, что существование разуплотненного слоя и СРПС в контакте воздуха с крыльями самолетов, ракет и других летательных аппаратов должно влиять на их аэродинамические свойства. Поэтому особенности возникновения и действия СРПС необходимо учитывать в аэродинамических исследованиях.

2.4. Механизм возникновения СРПС в отношении растворенных в газах и жидкостях веществ – осмотическая составляющая СРПС (О-СРПС)

В этом разделе наряду с газами рассматриваются и жидкости, так как на примере последних более четко видно различие в действии и сущность температурной и осмотической составляющих СРПС.

Выше мы рассмотрели поведение всей массы газа, когда она попадает в поверхностный слой, разуплотняется и участвует таким образом в его формировании. А как же при этом ведут себя растворенные газы, т. е. газы, содержащиеся в количестве менее 50 % от всей их массы. Известно, что они участвуют в диффузионном движении внутри газа, а скорость диффузии гораздо меньше, чем скорость выравнивания плотности газа в целом. Как реагируют растворенные вещества на их появление в поверхностном слое и реагируют ли вообще? С точки зрения современной молекулярно-кинетической теории газов и жидкостей, они не должны реагировать, так как считается, что их диффузионное движение – пассивное, хаотическое, “бесцельное” блуждание среди массы молекул растворителя, запутывание в нем и перемещение вместе с ним в полной от него зависимости и неразрывности как единого непрерывного континуума.

Я не согласен с этим и предлагаю новое представление о причинах диффузии.

2.4.1. Новое объяснение причины диффузии растворенных веществ

2.4.1.1. Ошибка в классической молекулярно-кинетической теории диффузии газов и жидкостей

Прежде чем перейти к рассмотрению причин диффузии газов, необходимо остановиться на анализе малозаметной и, на первый взгляд, незначительной ошибки, которая, по мнению автора, вкралась в классические представления молекулярно-кинетической теории газов и жидкостей, основы которой разработаны , Л. Больцманом, -Гоффом, А. Эйнштейном и М. Смолуховским. Сущность этой ошибки заключается в том, что, по их мнению, диффузионное движение молекул одного и того же сорта происходит независимо друг от друга, а их соударения не играют никакой роли в диффузии при наличии градиента концентрации. Поэтому исследователи не видели принципиального различия между самодиффузией молекул одного и того же газа или жидкости и взаимной диффузией молекул разных веществ. Основа этой ошибки была заложена, по-видимому, . Ее содержание иллюстрируется следующей фразой: “Согласно нашей теории, и в спокойном воздухе совершаются такого же рода движения, как и в диффундирующих газах; разница только в том, что мы легче можем обнаружить движение молекул с места на место в том случае, когда они по природе отличны от тех, между которыми диффундируют” (Максвелл, 1968, с. 77). Он говорит, что полным аналогом процессов диффузии и самодиффузии может служить процесс перемешивания пчел, одна часть которых мечена мукой в улье. Через некоторое время свободного полета все меченые и немеченые пчелы равномерно перемешаются между собой.

Этой же ошибке следует Л. Больцман (1956), отмечая, что “в покоящихся газах ни одно направление движения молекулы не может считаться предпочтительным” (с. 35).

Не отличаются от этих представлений и высказывания А. Эйнштейна (1936) о диффузии в жидкостях. По его мнению, диффузионные “…перемещения обусловливаются только окружающим растворителем, остальными же растворенными молекулами – лишь в незначительной степени. Поэтому эти перемещения молекул в различных по концентрации частях раствора в среднем будут одинаковой величины и столь же часто будут положительными, как и отрицательными” (с. 76). “Отдельные молекулы жидкости меняют свои места самым неправильным образом. Это, так сказать, бесцельное блуждание молекул растворенного вещества в растворе ведет к тому, что первоначально неравномерное распределение концентрации растворенного вещества постепенно уступает место равномерному” (с. 76). А. Эйнштейном неоднократно подчеркивалось, что “движения отдельных частиц независимы друг от друга” (с. 25).