Истоки несостоятельности теории «сверхпроводимости» электрического тока

Нерешаемость проблемы «сверхпроводимости»

Считается, что существует сверхпроводимость электрического тока как процесс передачи различными материалами электрической энергии посредством движения в них электронов без какого-либо сопротивления этому движению со стороны проводника. Данное нереалистическое представление о сверхпроводимости тока как о почти свсрхестественном явлении природы вот уже скоро 100 лет занимает умы ученых, инженеров и других специалистов. Потрачены колоссальные интеллектуальные и финансовые усилия, а проблема адекватного понимания и создания соответствующей теории, а также широкого использования сверхпроводимости остается нерешенной. Известно, что по проблеме сверхпроводимости опубликованы десятки тысяч работ. В настоящее время по вопросам сверхпроводимости ежедневно публикуется по 10— 15 статей, издаются большие монографии, проводятся многочисленные симпозиумы и конференции. За исследования сверхпроводимости присвоено несколько Нобелевских премий и ряд национальных премий. Такой повышенный научный и общественный интерес к необычной сверхпроводимости обусловлен очевидной невероятностью объяснений ее физической природы и чрезмерно большими ожиданиями от использования этого физического явления. Однако вековая задержка в создании приемлемой теории сверхпроводимости свидетельствует о том, что, вероятно, в исходных основах (представлениях и интерпретациях экспериментов) для теоретических и практических исследований есть принципиальные ошибки. Возможно, поэтому до сих пор нет ясности в понимании физической природы данного явления и нет непротиворечивой теории сверхпроводимости. Все это вызывает необходимость разобраться в сущности явления (необоснованно называемого сверхпроводимостью электрического тока) начиная с момента его экспериментального обнаружения в Лейденской лаборатории (г. Лейден, Голландия) Гейке Камерлинг-Оннесом с сотрудниками еще в 1910-1911 г.

Приступая к анализу проблемы сверхпроводимости, необходимо определиться в отношении правильности используемых терминов и их понятий.

Исходя из наиболее упрощенного, и поэтому неадекватного представления об электрическом токе, как о направленном движении в телах каких-то, как-то и чем-то заряженных частиц, в частности, электронов или ионов, получаем сугубо предположительное: «Электрический ток - это движение заряженных частиц». Но ведь электрический ток мы оцениваем по измерениям уменьшения «электротонического состояния» (М. Фарадей [103]), т. е. по величине к изменению электрического потенциала (напряжения) электрического поля у поверхности проводника, иначе говоря, по уменьшению величины потенциальной (запасенной) энергии электрического поля при преобразовании ее в другие виды энергии. Движений, например, электронов внутри проводника пока еще никто не наблюдал. Следовательно, объективно и достоверно можно утверждать только то, что электрический ток есть передача электромагнитным полем электрической энергии от ее источника к потребителю (преобразователю). Очевидно, что носителем энергии электрического тока проводимости является движущаяся определенным образом полевая материя (эфир).

Вне сомнений, что «всякому действию есть противодействие» и, следовательно, «всякому движению есть сопротивление» (И. Ньютон). Естественно, что и электрический ток передается по проводнику с соответствующим сопротивлением (закон Ома). Общепринято сейчас, что электрическое сопротивление - это величина, характеризующая противодействие, которое оказывает проводник движущимся в нем электрическим зарядам (в частности электронам). Но, возможно, и другое определение электросопротивления. Например, сопротивление электрическому току - это самоиндукционное (самовозникающее) электромагнитное противодействие движению электромагнитной энергии со стороны любых материальных объектов. В данном определении нет предполагаемых относительно медленно движущихся «свободных» электронов и их рассеяния атомами вещества. Это устраняет ряд принципиальных противоречий в теории электричества. Например, электрический ток проводимости не может переноситься ни электронами, ни ионами, так как их скорости движения внутри тел малы, а скорость распространения электрического тока по проводнику примерно равна скорости света, т.е. 300 000 км/с. Из этого факта следует, что электрический ток есть движение электромагнитного поля внутри и вблизи проводника. Но, вопреки фактам и логике, электрическим током проводимости по-прежнему называют такой поток электрической энергии, когда ее носители, т.е. микроскопические электрические заряды, движутся внутри макроскопического тела (твердого, жидкого или газообразного).

Однако существуют основания утверждать, что электрический ток проводимости нс есть движение свободных электронов в некоторых твердых и жидких телах, а является процессом передачи электрической энергии посредством ламинарных (струйных) или турбулентных (колебательных, спиралеобразных, вихревых) электромагнитных движений бесструктурной невещественной материи (по-старому эфира) вдоль поляризованных атомных или молекулярных структур токопроводящего вещества, и что сверхпроводимости электричества сверхтекучими спаренными электронами не существует. Поэтому в дальнейшем слово «сверхпроводимость» используется автором в кавычках.

Рассмотрим вначале кратко, как было обнаружено и исследуется то, что называется сверхпроводимостью электрического тока. Голландский ученый Гейке Камерлинг-Оннес (кратко Оннсс) в 1911 г. производил опыты по определению электросопротивлений металлов при температуре жидкого гелия 4,2 К. Эксперименты Оннеса и его последователей производились двояко: 1) пропусканием постоянного электрического тока по исследуемому проводнику и 2) путем предполагаемой индукции какого-то электрического тока в кольцеобразном металлическом образце под действием постоянного ферромагнита.

В первом случае измерение электросопротивления производилось потенциометрическим способом - гальванометром (так как токи были малы), а во втором - электросопротивление оценивалось по показаниям магнитометра. Так это делают и сейчас. При гальванометрическом (потенциометрическом) способе измерения исследуемая металлическая проволока подключалась последовательно в цепь постоянного тока и определялась разность электрических потенциалов на ее концах. По разности потенциалов (Д?) можно косвенно судить об электросопротивлении проводника электрическому току. При магнитометрическом измерении можно определить силу магнитного поля на некотором расстоянии от токопроводящей проволоки или иного проводника, но не его электросопротивление. Если электрического тока в проводнике нет, а магнитное поле вблизи него есть, то магнитометром измеряется намагниченность (М) исследуемой проволоки или другого твердого тела. Магнитометром, измеряющим внешнее магнитное поле около проводника с током, в принципе нельзя измерить ни электросопротивление (/?), ни достоверно определить наличие тока в проводнике, так как постоянное магнитное поле вполне может быть у тела и без электрического тока в нем.

Исследования Оннеса показали, что при гелиевой температуре на концах токопроводящей платиновой проволоки разность потенциалов ДЕ, измеряемая обычным гальванометром, внезапно исчезает [31]; [111]. Несколько ранее это же явление наблюдал сотрудник Оннеса по Лейденской криогенной лаборатории квалифицированный физик Гиллес Холст [31]. Это удивительное явление слишком долго остается предметом научных дискуссий, потому что оно было необоснованно названо Оннесом сверхпроводимостью электрического тока, т. е. электрическим током без сопротивления или с «сопротивлением» R = 0. До сих пор считается, что неограниченно большой электрический сверхток проскакивает по сверхпроводящей проволоке без сопротивления, примерно так, как при коротком замыкании проводов в обычных условиях токопроводности. Но на практике короткого замыкания от наступления «сверхпроводимости» нс происходит. Это означает, что отсутствие напряжения (АЕ = 0) не от «сверхпроводимости» первого рода с R = 0, а от чего-то другого.

Из факта исчезновения разности потенциалов (напряжений) АЕ непосредственно на концах платиновой и других токопроводящих проволок, находящихся под электронапряжением от источника постоянного (не знакопеременного) напряжения (например, от электрической батареи, как в опытах Оннеса и др.), можно сделать вывод о том, что металлические проволоки при гелиевых температурах становятся не сверхпроводниками, а, наоборот, диэлектриками, т. е. изоляторами с R = оо для данного токопроводящего материала при определенных для него докритических значений электрического Е и магнитного Н полей.

Следовательно, при наступлении так называемой «сверхпроводимости» первого рода любых материалов (в том числе и металлических) электрический ток не течет, и поэтому АЕ = 0. При АЕ = 0, когда нет тока, а электрическая напряженность внешнего поля Е есть и воздействует на «сверхпроводник», то логичнее утверждать, что электросопротивление R = оо, а не R = 0. Электросопротивление равно нулю может быть только в случае, когда нет электрического тока в проводнике.

Кстати отметим, что еще в 1936 г. Я. И. Френкель указывал, «что в отношении своей теплоемкости тело в сверхпроводящем состоянии ведет себя «как диэлектрик, т.е. так, как если бы в нем вовсе нс было свободных электронов» [ 111 .С. 15].

Причина прекращения тока проводимости в металлах и других токопроводящих материалах, т.е. прекращение потока энергии электромагнитного поля по проводнику, при температуре ниже критической, состоит, по-видимому, в появлении у этих материалов сильного, блокирующего ток, противополя - сверхдиамагнитного поля, которое, как известно, при последующем увеличении Е или Н разрушается и ток проводимости восстанавливается с прежним электросопротивлением. Эти утверждения автора подтверждаются результатами многих экспериментов по изучению «сверхпроводимости». Так, например, Оннес и его последователи экспериментировали с кольцеобразными проводниками, не пропуская по ним электрический ток от внешнего источника. Они ошибочно полагали, что при гелиевой температуре под действием постоянного магнитного поля в металлическом кольце индуцируется постоянный свсрхпроводимый электрический ток, который, по их мнению, не затухая, может циркулировать в кольце неограниченное время, а это означает, что R = 0. Отметим, что еще Фарадей в середине XIX в. доказал, что постоянное магнитное поле не может индуцировать электрический ток. Оно способно только намагничивать тела. Однако результаты Оннеса и других исследователей до сих пор неверно интерпретируются как сверхпроводимость.

В процессе кратковременного воздействия постоянным магнитом на кольцеобразный металлический образец, находящийся в дюарс при температуре жидкого гелия, он становился диамагнитным и его более сильную намагниченность измеряли за пределами дюара магнитометром. Наведенное сверхмагнитное поле кольца сохраняется стабильным (при закри- тической криогенной температуре) неограниченное время. Но из этого не следует, что в кольце циркулирует особенный и более сильный электрический ток без сопротивления со стороны проводника и что закон Ома и многие другие законы в данных условиях экспериментов не действуют. В опытах с кольцами проявляются законы магнетизма, а не электрического тока. Наличие постоянного магнитного поля вблизи кольца доказывает его намагниченность, а не то, что в нем будто бы течет неестественный свсрх- ток сверхпроводимости.

Оннес, экспериментируя, разрезал обычное немагнитное свинцовое кольцо, в котором, как предполагалось, индуцирован сверхпроходящий электрический ток и ожидал исчезновения тока и исчезновения вблизи кольца магнитного поля. Однако, отклонение магнитной стрелки, регистрирующей силу магнитного поля, при разрезании кольца нс изменялось, «как если бы кольцо представляло собой ... магнит» [111.С. 5]. Этот эффект, обнаруженный впервые Оннесом, и все аналогичные эффекты так называемых «контактов Джозефсона» легко объясняются магнитными взаимодействиями, аналогично тому, как это происходит между сближс- ными частями некогда единого постоянного магнита или между пластинами обычного конденсатора. Следовательно, все известные контакты Джозефсона - это не электрические контакты сверхпроходящих по ним токов, а усиленные и высокочувствительные контакты более магнитовосприимчивых тел. Эксперименты подтверждают, что в этих контактах нет энергозатратных туннельных эффектов прохождения электронов через нетокопроводящие барьеры, а есть практически энергонезатратные магнитные взаимодействия тел через зазоры или диэлектрические материалы между ними. Такое, только на первый взгляд, необычное магнитное контактирование происходит потому, что материалы контактов при закритических криогенных температурах переходят в состояние сильной намагничиваемое™ с большим дальнодействием их полей.

Установлено, что существуют только два статических способа перевода материала в «сверхпроводящее» состояние: электростатический, т.е. посредством пропускания постоянного электрического тока по проводнику, и магнитостатический - под влиянием постоянного магнитного поля.

При электростатическом способе металлическая проволока включается в электрическую сеть постоянного электрического тока. Та часть проволоки, которая охлаждается до температуры меньше Ткр, становится как бы «сверхпроводящей». При этом разность электрических потенциалов на концах «сверхпроводящего» участка проволоки неожиданно становится нулевой. Их этого факта почему-то делается вывод нс о том, что ток прекращается, а что электросопротивление становится нулевым. Более того, утверждается, что если отключить источник постоянного тока, а концы участка «сверхпроводящей» проволоки быстро соединить (замкнуть), то ток «сверхпроводимости» в таком замкнутом контуре течет бесконечно долго. Это утверждение полностью соответствует ошибочной гипотезе о возможном создании вечного двигателя. Ошибочным основанием для такого умозаключения является то, что магнитное поле вблизи «сверхпроводящей» проволоки или контура неопределенно долго (бесконечно) остается неизменным. Однако повторим, наличие у «сверхпроводника» устойчивого и увеличенного магнитного поля не обязательно свидетельствует о существовании в нем «свсрхтока» да еще и без сопротивления. Магнитное поле, как известно, может существовать и отдельно, независимо от электрического тока. Кроме того, отсутствие у «сверхпроводящего» материала электрического поля доказывает, что в нем нет тока (движения) электрически заряженных частиц. А что есть? Остается одно: есть самоиндуциро- ванная сверхдианамагниченность материала. Эксперименты показали, что при переходе материалов в так называемое «сверхпроводящее» состояние у них появляется сильное и метастабильное именно диамагнитное поле, то есть противоположно направленное сверхдиамагнитное поле.

В случае магнитостатики, когда на глубоко охлажденный (до Г < Гкр) и не обязательно токопроводящий материал воздействуют постоянным магнитным полем от внешнего источника, будь то обычный ферромагнит или катушка соленоида с током, то в материале возникает тот же эффект не «сверхпроводимости», а сверхдианамагничиваемости. Отличие данного способа свсрхдианамагничивания состоит в источнике индуцирующего магнитного поля. В первом способе источником индуцирующего магнитного поля является электромагнитное поле тока, а при втором способе диамагнитная индукция происходит не от тока, а от магнитного поля другого (внешнего) источника, что в обоих случаях является магнитной взаимоиндукцией.

При исследовании сущности рассматриваемого природного явления необходимо различать магнитную индукцию изменяющегося (непостоянного, переменного) электрического тока и магнитную индукцию намагничивания. Магнитная индукция намагничивания (стабильное намагничивание или такое же размагничивание) происходит при продолжительном взаимодействии стационарных (постоянных) магнитных полей, а индукция электрического тока состоит в возникновении потока электрической энергии под влиянием потока переменных электромагнитных полей от внешнего источника (см. теорию Фарадея-Максвелла).

Вот еще один аргумент доказательства сверхдиамагнитной сущности «сверхпроводимости». Известно, что ферромагнетики переходят в «сверхпроводящее», а, по существу, в диамагнитное, состояние при более низких температурах, чем другие материалы. Ферромагнетизм сильно противодействует появлению «сверхпроводимости», экспериментально обнаруживаемой как сверхдиамагнитное поле. Естественно, что ферромагнетизм затрудняет переход к свсрхдианамагничиваемости ферромагнетиков. Магнетизм обусловлен поляризацией атомных магнитных диполей, состоящих из двух электронов с определенными установившимися спинами. Чем более сильный ферромагнетик с его легкой намагничиваемостью при обычных температурах, тем большее охлаждение требуется для перехода ферромагнетика в сверхдиамагнитное состояние и тем меньше Ткр, т.е. тем меньше его температура Кюри Гсм кр = Гсм).

С другой стороны, у парамагнетиков и более сильных ферромагнетиков магнитное поле /7 совпадает с направлением движения электрического тока, а так называемый (виртуальный) «ток смещения», т. е. возникающее диамагнитное противополе самоиндукции В при нормальных температурах относительно мало. Поэтому электромагнитное сопротивление току невелико. Чем больше В (при В < /7), тем больше абсолютное электросопротивление R (или удельное сопротивление р). При В = Н, стремящийся к прохождению по образцу ток мгновенно прекращается, и материал становится не токопроводящим, т.е. диэлектриком (изолятором). Если В » /7, то это не «сверхпроводник», а, по существу, абсолютный диэлектрик (изолятор) и свсрхдиамагнетик. Эти утверждения автора обосновываются в данной монографии.

В качестве примечания отметим, что с точки зрения автора, на рисунках 2 и 5, а также и в поясняющих их текстах, взятых из литературных источников, где указаны R, надо было бы писать U - разность электрических потенциалов или Н - напряженность магнитного поля, так как фактически R получены или неправильным пересчетом экспериментально измеренных значений U, или простой подменой U и И на R.

Проблеме «сверхпроводимости» электрического тока уже больше 100 лет. За такой срок не решаются только заведомо ложные проблемы.

Итак, общее резюме вышеизложенного состоит в том, что решение проблемы «сверхпроводимости» электрического тока состоит в признании фактического отсутствия этой проблемы, так как не существует «сверхпроводимости» электричества с нулевым сопротивлением, а вместо этого есть объективное и теоретически адекватно объяснимое явление свсрхдиа- намагничивания (свсрхантифсрронамагничиваемости) и изоляции (диэлектризации) веществ в условиях температур меньших запредельно низкой температурной точки Кюри.

Далее этот вывод доказывается при анализе экспериментов и теорий «сверхпроводимости», а также разработкой предлагаемой теории свсрхдианамагничивасмости веществ при закритически низких температурах.

В последующих параграфах этой главы рассмотрены источники ошибочного утверждения Оннеса и его единомышленников о существовании сверхпроводимости электрического тока, которое сформировалось и удерживается результатами неправильных измерений электросопротивлений проводников при различных температурах. Неадекватность температурных измерений электросопротивлений, к сожалению, обусловлена недопониманием сути и формулы закона Ома.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >