Ю.В.Клюшин, u79@mail.ru

Содержание

В начале всей работы определим пространство как неизменную координатную сетку, неспособную ни сжиматься, ни растягиваться. При этом необходимо обратить внимание на то, что всяческие изменения касаются только материи, но не того в чём она находится, то есть самой координатной сетки пространства.

Итак, для объяснения явления сверхпроводимости прибегнем к сравнению двух состояний вещества:

а) Вещество движется с некоторой скоростью v.

б) Вещество покоится и охлаждено.

Рассмотрим данные состояния в соответствующем порядке:

Представим движущийся макрообъект в виде совокупности частиц, каждую из которых будем считать движущейся относительно системы покоя как отдельный объект, но в тоже время частица будет оставаться составляющей единого тела.

Представляя движущийся макрообъект таким образом, мы можем сказать, что изменение таких параметров как m и t по теории относительности относительно покоящейся системы отсчёта справедливо для отдельно взятой частицы этого макрообъекта.

Далее определим, что есть для покоящегося наблюдателя тепловое движение частицы в движущемся объекте. Это ни что иное, как смещение частицы относительно её базового положения в этом теле. То есть подобное смещение определяет наличие помимо движения частицы как отдельного объекта в направлении, совпадающем с направлением всего тела, еще n - направлений определяемых свободами движения частиц в самом теле.

При этом, рассматривая частицы как отдельный объект, мы можем отметить, что относительно системы покоя масса этой частицы изменяется по известной зависимости:

mч = mч0*(1-v²/c²)^-0.5,где mч0 - масса частицы в покоящемся теле; v - скорость вещества; с - скорость света вакууме.

Такое же изменение касается и временных процессов происходящих с частицей относительно системы покоя:

t=t0*(1-v²/c²)^-0.5,где t0 - время, затраченное на процесс, в котором участвует частица в покоящемся теле.

Вместе с тем известно, что выше означенное смещение относительно базового положения частицы в теле определяется наличием кинетической энергией движения данной частицы в теле.

Что будет происходить с данной энергией частицы для покоящегося наблюдателя? На этот вопрос можно ответить, если записать всем известную формулировку кинетической энергии для частицы с подстановкой изменяющихся параметров:

Екин=mч*vч²/2,

где mч - масса частицы относительно системы покоя; vч - скорость смещения частицы относительно системы покоя.

Обозначим: a=(1-v²/c²)^-0.5,тогда, выразив mч и tч изменяющимися относительно системы покоя, получим:

Екин=mч0*a*(s/t0*a)²/2=mч0*(s/t0)²/(2*a)=Eкин0/a

Екин =Eкин0*(1-v²/c²)^0.5, (1)

где s - расстояние, преодолеваемое частицей в системе движущегося тела по одной из свобод движения; Eкин0 - энергия частицы, обуславливающая движение по одной из свобод в покоящемся теле.

Из (1) следует, что Екин, то есть энергия, определяющая данное смещение частицы, стремится к нулю при стремлении скорости тела к скорости света (с).

Таким образом, получается, что относительно покоящегося наблюдателя при стремлении макрообъекта к скорости света (с), по сути дела, температура данного объекта стремится к абсолютному нулю, так как являет собою прямое следствие наличия движения частиц в теле.

В дополнение к вышесказанному необходимо добавить, что существует ещё одна изменяющаяся величина в движущей системе, такая как продольные размеры тела (L) и может возникнуть мысль, что в выражение Екин для движения частицы по направлению движения системы тела добавится якобы и изменение расстояния проходимого частицей в системе тела. И тогда изменение Екин частицы по направлению движении системы тела и изменение Екин частицы перпендикулярно его движению будут неравны.

Но если оценить ситуацию таким образом, что изменение (L) есть изменение только продольных размеров вещества, но не пространства (не сетки пространства). То есть точки пространства, относительно которых оценивается пройденное расстояние, остаются в первоначльных координатах. И поэтому расстояние s, пройденное со скоростью v и за время t, рассматривается также неизменным.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод:

Каждый параметр тела (m,t,l) изменяется во время увеличения скорости тела. Но если Эйнштейн утверждал, что к примеру масса изменяется относительно системы покоя, но постоянна относительно самого движущегося тела, то у нас получается практически до наоборот: масса изменяется у каждой частицы тела относительно системы оного тела если смотреть глазами наблюдателя в системе покоя. Относительно же самой системы покоя. масса тела остаётся неизменной по причине того, что во время движения тела полная энергия хаотического движения частицы преобразуется в энергию движения частицы относительно системы покоя в направлении движения всего тела, то есть имеется в виду, что телу в целом передаётся энергия движения а значит и его частицам но в тоже время энергия отбирается у частиц относительно самого тела. Значит энергия самой частицы остаётся неизменной относительно системы покоя . а значит и масса её и всего тела также постоянна.

Итак, мы определили существование зависимости температуры вещества от скорости его движения. Далее определим еще одну зависимость для температуры движущегося тела.

Как известно, температура определяется количеством хаотического движения частиц. Следовательно, нас интересует только энергия теплового колебания частиц вещества. Та же часть полной энергии вещества, которая соответствует энергии связи, это тоже энергия движения составных субчастиц, которые в результате движения по контурам порождают поля связывающие субчастицы; при охлаждении тела эта энергия ,являющаяся внутренней энергией частиц, переходит в ту самую кинетическую энергию хаотического движения самой частицы, определяющую температуру (этот переход будет рассмотрен ниже) (также надо заметить, что помимо энергии движения субчастиц по контурам во внутреннюю энергию частиц входит ещё и энергия колебательного (теплового) движения их субчастиц), а значит можем рассматривать энергию связи в виде кинетической энергии теплового движения частиц. Поэтому будем рассматривать полную энергию как энергию хаотического движения частиц

При этом данная энергия колебания представляет собой сумму кинетической энергии движения частиц и энергии их взаимодействия - потенциальной энергии.

Потенциальную энергию частиц мы можем представить эквивалентной кинетической, исходя из того, что в колебательном движении потенциальная энергия переходит в кинетическую. А при движении вещества Екин частиц снижается, и значит, в конечном счёте, вся Епот частиц переходит в Екин, в последствии уменьшающуюся.

Таким образом, энергию колебания частиц в нашем случае представим через Екин и подразделим её на энергию хаотического движения составляющих вещества (атомов и молекул), именуя её Екин и на энергию внутреннего хаотического движения в самих атомах или молекулах, именуя её Евн.

Ниже приведём пример отображающий зависимость температуры вещества в движении от распределения энергии хаотического движения частиц в веществе.

В данном примере будем рассматривать часть Е_{полн.вн} вещества состоящую только из энергии движения атомов и суммарной энергии хаотического движения частиц ядра и колебательного движения электронов на орбиталях поскольку именно эта часть полной энергии напрямую связанна с температурой. Также, здесь и в дальнейшем будем

рассматривать простые вещества с атомарной структурой.

Итак, допустим, что существует два разных вещества и для одинаковых масс и начальных скоростей стремящихся к нулю в них существует некоторое распределение энергий:

1-ое вещество: Еполн.вн.1о= Екин.1о+Евн.1о=10+10=20 (2)

2-ое вещество: Еполн.вн.2о=Екин.2о+Евн.2о=10+5=15 (3)

После того, как вещества разогнали до какой-то скорости v=v1=v2, исходя из формулировки (1) приведенной выше можно сказать, что изменение энергии Екин и Евн будет носить следующий характер:

Екин=Екин.о*а;

Евн=åЕкин^част =åЕкин.о^част *а=Евн.о*а;

где а=(1-v²/с²).

При этом понятно, что соответствующие энергии в веществах изменятся в одно и тоже количество раз. То есть, допустим, а=0,5, тогда:

1-ое вещество: Еполн.вн.1=Екин.1+Евн.1=5+5=10 (4)

2-ое вещество: Еполн.вн.2=Екин.2+Евн.2=5+2,5=7,5 (5)

Как видно, Екин1 и Екин2 при скорости v веществ остались равными как и в начальных условиях. Так и было бы, если не зависимость долевого соотношения Екин. и Евн. видов энергии от величины Т вещества. Поясним это на примере макромодели атомов:

Пусть есть два шарика. Они разгоняются с большой скоростью и врезаются друг в друга (центрированный удар), продолжая движение в сторону большей скорости, в первом случае и, двигаясь очень медленно, сталкиваются гораздо менее центрировано во втором случае. Ясно, что в первом случае гораздо большее количество энергии, относительно полной переданной в систему двух шариков, перейдёт в шарик, чем во втором случае. То же самое наблюдается в случае с нагретым и охлаждённым веществом соответственно и представляет собой зависимость, показанную на рис.1.1.1:

Рис.1.1.1. Зависимость доли внутренней энергии атома от величины температуры вещества.

Пояснить зависимость, приведённую на (рис.1.1.1), можно так. Чем больше температура вещества, тем больше количество центрированных ударов атомов-главных подпитывателей Евн. И при этом, естественно, большая часть энергии от Еполн.вн идёт во внутреннюю энергию атома.

По этому можно сказать, возвращаясь к примеру, что с уменьшением температуры отношение Евн / Екин уменьшается, то есть часть внутренней энергии атомов переходит в Екин движения атомов. А поскольку, соотношение Евн / Екин, которое было получено в (4) и (5), соответствует небалансу, то избыточная энергия высвобождается, параллельно увеличивая кинетическую энергию целых атомов (Екин).

Причём необходимо отметить, что величина высвобождающейся энергии прямо пропорциональна величине доли Евн в веществе (Евн_*), поэтому в случае с первым веществом на увеличение Екин пойдёт большая энергия. Тем самым мы определили, что с увеличением скорости вещество теряет кинетическую энергию целых атомов тем интенсивнее, чем меньше доля внутренней энергии атомов (Евн_*) в этом веществе. А значит, и величина температуры движущегося тела пропорциональна величине Евн_* в веществе. Примем это и для последующего расчёта.

В 2001 году американскими учёными был сделан эксперимент по остановке светового потока в охлаждённой среде.

На основе этого мы можем считать, что не только электромагнитные (ЭМ) кванты света тормозятся в охлаждённом веществе, но и ЭМ поле как таковое при передвижении в веществе во время его охлаждения тоже будет уменьшать свою скорость относительно тела .

Таким образом ,если рассмотреть некоторое ЭМ поле перемещающееся в охлаждаемом веществе , то оно будет замедлять свою скорость стремясь к остановке. Тогда если сравнить системы вещества в которых движется ЭМ поле во время движения вещества с ускорением и стремлением к скорости (с) и во время охлаждения оного при стремлении Т вещества к абсолютному нулю, то для ЭМ поля перемещающегося в данном веществе эти системы будут одинаковы. И в системе движущегося тела ЭМ поле летящее в нём будет также уменьшать свою скорость относительно этого тела. (Если хотите можем считать это за обоснованное предположение).

Итак, опираясь на вышесказанное, надо сделать вывод:

Для последующего объяснения явления сверхпроводимости будем считать, что скорость (v¹) ЭМ волны в веществе при разгоне оного или при охлаждении меняется относительно этого вещества по одному и тому же закону:

Пусть Еполн.вн0=Е для вещества массой (m). Данное вещество в первом случае охлаждается с отбором DЕполн.вн и покоится ;Во втором случае данное вещество разгоняется до определённой скорости (v) при которой происходит отбор DЕполн.вн равный по величине отбору в первом случае. Тогда скорости волны в веществе относительного данного вещества можно считать равными в обоих случаях.

Теперь, используя факт об уменьшении скорости ЭМ поля, попробуем привести новое объяснение явления сверхпроводимости. Итак, считая, что замедление происходит не только у фотонов, но и у ЭМ поля окружающего движущийся заряд в проводнике.

При этом, двигаясь в охлаждённом веществе, электрон остаётся связанным со своим полем посредством которого происходит взаимодействие с другими зарядами. Но если представить, что скорость поля электрона при какой-то температуре вещества уже не может быть больше некой скорости (v¹) относительно данного вещества, то будет ясно, что с дальнейшим уменьшением температуры вещества должно происходить и дальнейшее уменьшение предельной скорости поля заряда (v¹). А поскольку электрон связан со своим полем, то по идее и его скорость должна уменьшаться со снижением Т вещества, что должно неминуемо приводить к уменьшению D g/D t через сечение вещества, то есть самого тока. А это будет наоборот свидетельствовать об уменьшении проводимости вещества с уменьшением Т вещества, что естественно противоречит происходящему на самом деле.

Представим детально, что происходит с электроном в процессе движения. Возьмём в качестве примера случай:

Существует проводник с током при нормальных условиях. Отдельно взятый электрон в нём движется со скоростью (vэл). Начинается охлаждение вещества. Планка скорости поля электрона (предельная скорость поля) (v¹) относительно вещества начинает снижаться, и при каком-то значении Т вещества планка скорости опустилась ниже первоначальной скорости электрона, и сам электрон, будучи инерциальной частицей, не сумел успеть так же снизить скорость. И если взять какой-то отдельный момент времени после того как (v¹) поля стала меньше чем первоначальная скорость электрона, то мы будем иметь следующее соотношение: vэл > vполя.

Но если учесть полное соответствие условий охлаждённого тела и движущегося со скоростью (v) ,то возникает вопрос:

Если считать электрон в движущемся теле одной из составных частиц этого тела, то, исходя из вышеопределённого поведения частиц движущегося тела, электрон также должен уменьшить энергию своего движения в теле относительно системы покоя. И при стремлении макрообъекта к скорости (с) электрон, как являющийся составной частицей оного, будет уменьшать энергию своего движения в теле до нуля. Следовательно, принимая полное соответствие вышеозначенных состояний вещества (движения и охлаждения), можно прийти к выводу, что в охлаждённом проводнике заряды тормозятся, чего на самом деле не происходит.

Но заметим, что подобное поведение электрона свойственно ему только когда он пренадлежит непосредственно движущемуся объекту.

Поясним это:

Электрон свободно летящий в пределах систем движущегося тела и охлаждаемого тела нельзя считать подчиняющимся одному закону движения , поскольку в движущемся теле энергия передаваемая телу является энергией пренадлежащей системе движущегося тела, поэтому преобретённая кинетическая энергия электрона относительно данного тела наблюдаемого со стороны покоя будет стремиться к нулю. В то время когда электрон свободно летящий в пределах тела покоящегося и охлаждаемого может получить энергию на движение в данном теле абсолютно непренадлежащюю этому телу. Значит движение электрона в этих двух случаях нельзя считать одинаковым. И будем считать, что электрон движется в охлажденной покоящейся среде не по закону соответствующему среде движущегося тела.

Итак, положим, что электрон может иметь скорость большую, чем планка скорости поля (v¹) в охлаждённом покоящемся теле.

Но в тоже время, когда наступает момент vэл > vполя в проводнике нельзя сказать, что электрон движется отдельно от собственного поля, поскольку источник энергии и сама энергия неразрывно связаны между собой, и сама энергия не может направленно двигаться вдоль проводника без источника. Поэтому фактически получается, что поле не двигается с какой-то скоростью vполя = v ¹ < vэл, а, будучи неразрывно связанным с электроном, двигается со скоростью большей чем скорость планки (v¹). Полагая это, фактически мы утверждаем, что поле электрона движется со скоростью больше его нормальной скорости (скорости (с)), поскольку, как указывалось выше, (v¹) идентично скорости (с). (В этом понимании скорости (с) имеется в виду именно текущая скорость ЭМ поля , а не 300000 км/ч).

Ясно, что в этом случае поле уже нельзя представлять соответствующим нормальному состоянию. Оно как-то изменяется.

Для того чтобы определить данное состояние полезно обратиться именно к сверхпроводимости.

Известно, что в процессе сверхпроводимости электроны практически не испытывают торможения со стороны ЭМ сил кристаллической решётки и соединяются при этом в пары (куперовские пары). Тем самым приняв это к сведению, можно сделать следующий вывод:

Предположим, что с движением поля со скоростью vполя > с , его интенсивность (плотность) ,а следовательно и сила (Fполя) будет снижена по следующему закону рассмотренному на рис.1.1.2. :

Рис.1.1.2. Зависимость силы взаимодействия частиц от скорости поля.

где сила взаимодействия между заряженными частицами выражается по следующей формуле:

Fполя=Fполя о*exp(b*(c-vч)), для vч > c (считается, что скорость статического поля частицы равна скорости частицы);

где b -коэфициент большой кратности.

Положив это за основу, станет ясно, что такие явления как уменьшение противодействия КР вещества движению электронов и сцепление их в пары является прямым следствием данного изменения Fполя. Причём явление образования куперовских пар несёт в себе очень значимый смысл, заключающийся в том, что снижаясь сила электростатического поля заряда позволяет частицам квазибеспрепятственно входить в зону действия ядерных сил и сцепляться воедино. Но это явление мы рассмотрим более подробно ниже.

Итак, возвращаясь к объяснению явления сверхпроводимости, подведём итоговую черту.

В процессе снижения температуры вещества происходит именно не отставание поля от электрона, а снижение его интенсивности по вышеизложенному закону. То есть данное снижение возможно только для поля которое связано с источником и является фактически ведомым в процессе движения (опять-таки из-за инерциальности электрона), а не ведущим.

И поскольку эта интенсивность поля снижается резко, то есть сразу же после преодоления планки скорости v¹ поля, то и сверхпроводимость ("мгновенное" уменьшение ЭМ сопротивления со стороны КР вещества движению электрона) так же наступает при очень малом изменении температуры.

В добавок электрон при таком движении испытывает кратносниженное взаимодействие не только с КР вещества но и со внешним полем наведенным разностью потенциалов. И при этом он практически беспрепятственно покидает пространство сверхпроводника (СП). Но как только электрон попадает в пространство вокруг СП планка скорости его собственного поля (v¹) в этом пространстве кратно поднимается, так что скорость электрона (vэл) становится опять много меньше скорости поля (v¹) и интенсивность поля электрона приобретает практически своё первоначальное значение. При этом электрон попросту втягивается обратно в пространство СП ионами КР. Траектория движения электрона показана на рис.1.1.3:

Рис. 1.1.3. Траектория движения электрона при СП.

где Еу1 -ускоряющая энергия движения электрона; Ет -тормозящая энергия поля кристаллической решётки; Еу2 -ускоряющая энергия поля кристаллической решётки.

Подводя черту под вышесказанным, подытожим, что поскольку данное значение планки скорости поля при пересечении которой электроном наступает состояние сверхпроводимости для всех металлов одинаково (vэл в проводниках будем принимать квазиодинаковыми для металлов, случай с соединениями будет рассмотрен ниже) то, следовательно, температуры разных веществ при которых планка поля опускается до заветного значения будут разные. И как указано выше, величина Т вещества охлаждаемого в результате набора скорости пропорциональна величине доли внутренней энергии атомов в веществе (Евн_*). И значит, исходя из сравнения покоящегося охлаждающегося вещества и движущегося вещества, можно сказать, что прямую зависимость имеет и температура перехода в сверхпроводимость от Евн_*. Значит можно установить равенство между этими параметрами через коэфициент пропорциональности Тсп = к*Евн_*.

Итак, на основании определённой в пункте 1.1 закономерности выведем качественную зависимость температуры перехода в сверхпроводимость (Тсп) вещества от параметров вещества. Начнём с того, что представим, от чего может зависеть величина Евн_*.

Прежде всего, существует зависимость Евн_* от массы атома, а точнее от количества хаотического движения, которое может быть запасено атомом.

И также можно сказать, что величина Евн_* зависит, в том числе, и от силы взаимосвязи между частицей и окружающими её частицами в кристаллической решётке.

Таким образом, для того, чтобы учесть оба фактора влияния рассмотрим в качестве аргумента их отношения, а именно, Fa/ma. И определим качественно зависимость Евн_*(Fa/ma). А поскольку Евн_* и Тсп разделяет коэффициент пропорциональности, рассмотрим зависимость Тсп (Fa/ma) пропорциональной зависимости Евн_*(Fa/ma).

Определение составляющих кривых зависимости Тсп (Fa/ma).

Поскольку, величина Тсп вещества зависит от соотношения (Fa/ma), но по разному от Fa и от ma, то мы будем использовать упрощённую схему функции, принимая полную зависимость как сумму составляющих кривых с изменением только одного из двух факторов (Fa или ma) в каждой из кривых.

Рассмотрим зависимости Тсп ( Fa/ma ) соответственно при изменении ma и при изменении Fa ( кривые 1 и 2) на рисунке1.2.1:

Рис.1.2.1. Зависимости Тсп ( Fa/ma ) .

а) Кривая 1 определяет зависимость Евн_* от изменения в отношении (Fa/ma) массы частицы, при этом ясно, что чем меньше масса ma, тем меньше Евн_* (так как меньше количество носителей Евн в атоме) может быть запасена и наоборот.

б) Но для тех же веществ действует кривая 2, которая определяет, что при увеличении Fa в отношении (Fa/ma) увеличивается сила противодействия между частицами, в результате чего доля Екин уменьшается в веществе, и большая доля энергии из полной внутренней энергии вещества соответствует внутренней энергии (Евн) атомов.

В результате сложения двух кривых получаем кривую полной зависимости Тсп (Fa/ma) обозначенную на рисунке 1.2.1. под цифрой 3.

Далее определим характерные части результирующей зависимости:

А. При Fa/ma ® ¥ при изменении либо Fa ® ¥ или ma ® 0, неважно, но можно всеравно представить вещество как систему из атомов с ничтожно малой массой и большой силой противодействия между ними.

При этом противодействие хотя и велико, но Евн не возможно накопить в атоме так как в нём бесконечно мало количество носителей внутренней энергии и хаотическое движение частиц в атоме, обуславливающее Евн стремится к нулю (то есть атом из одной частицы практически не может иметь Евн так как вся энергия переданная ему будет лишь направленной кинетической энергией всего атома).

Б. Fa/ma ® 0

Данную часть кривой можно объяснить тем, что уменьшение силы противодействия хотя и уменьшает количество передаваемой Евн в атом, но с увеличением массы атома растёт и его инерциальность (т.е. уменьшение подвижности), что равносильно росту силы противодействия, плюс к тому растёт и энергоёмкость атома. Именно по этому после некоторого спада за счёт снижения Fa зависимость снова начинает расти.

Для того, чтобы на практике показать как прослеживается данная зависимость Тсп (Fa/ma) прибегнем к использованию макропараметров которые пропорциональны параметрам Fa и ma.

Определим данные параметры.

Пусть существует система взаимосвязи двух частиц показанная на рис.1.2.2:

Рис.1.2.2. Физическая модель взаимосвязи двух частиц.

где Fa^/- сила взаимосвязи между двумя атомами,; ma- масса частицы

В сечении одного метра квадратного вещества существует N подобных взаимосвязей:

N= r s/ma, (8)

где r s - поверхностная плотность вещества в приграничном слое сечения (кг/м²);

Fa^/=d/N, (9)

где d - сила обуславливающая предел прочности на м² сечения вещества (Па). Фактически эта сила равна силе взаимосвязи слоёв.

Таким образом, из (8) и (9) следует:

Fa^//ma=d/r s. (10)

Но нас интересует не Fa^/- сила взаимосвязи между двумя атомами, а полная сила взаимосвязи между атомом и окружающей его кристаллической решёткой (КР). По этому мы можем принимать, что Fa / ma ~ d /r s только тогда, когда будем точно знать, что Fa^// Fa = const. для всех веществ. А подобное отношение действительно будет постоянно для всех веществ с одинаковым типом КР. Поясним это на рис.1.2.3:

F¹ =F¹1+F¹2+...+F¹n F² =F²1+F²2+...+F²n

Рис.1.2.3 Модель связи кристаллических решёток.

F^ki в однотипной КР имеет своё постоянное долевое значение, то

есть F^ki/F^k=const, так как в другом веществе с такой же КР все соответствующие расстояния изменяются одинаково ,иначе бы КР были бы разнотипны.

Поскольку нас интересует пропорция, то можно, поделив правую часть выражения (10) на продольные размеры вещества l=1м, получить пропорцию Fa^//ma ~ d/r ,а следовательно и Fa/ma ~ d/r ,где r - плотность вещества. Поэтому можно сказать, что зависимость Тсп(Fa/ma), выраженная через макропараметры, представляет собой Тсп( d/r ). А следовательно, можно вывести зависимость Тсп(Fa/ma) ,приведенную на рис. 1.2.1 , в количественной форме используя макропараметры.

Определим условия зависимости Тсп(d/r ):

1.Зависимости выполняются для веществ с однотипными КР.

2.Состояние веществ принимаются так же однотипными.

3.Охлаждение веществ ведётся до температур соответствующих равным значениям планок скорости поля относительно веществ.

Для выведения эмперической зависимости приведём данные веществ в таблицу 1.2.1. d [кПа] возьмём как предел прочности на растяжение для веществ в отожжённом состоянии [1] (при этом приложение силы к веществам осуществляется по соответствующим граням КР (см. рис.1.2.3 F¹n соответствует F²n)), а r [кг/м^3] как плотность вещества в твёрдом состоянии [1].

Таблица 1.2.1

Используя точки зависимости приведенные в таблице 1.2.1 получены формулы для следующих типов решёток:

-ГЦК - кристаллическая решётка.

Тсп=1.51*((d/r )-18.8)^1/5-4.52*ln((d/r )+2)+15.13

-Гексагональная плотноупакованная решётка.

Тсп=1.03*((d/r )-17.5)^1/5-2.75*ln((d/r )+6.3)+9.56

В результате подстановки известных параметров веществ в данные формулы получены расчётные значения Тсп [К], приведенные в таблице 1.2.2. При этом, к примеру значение Тсп для Бериллия получилось меньше 0, но поскольку выше выведенная зависимость для области положительных значений, то можно считать отрицательные значения Тсп веществ соответствующими на практике значениям температур стремящихся к нулю.Таблица 1.2.2

Исходя из полученной зависимости, существуют предельные значения Тсп. Но существует выход из сложившегося положения связанный с повышением Тсп у веществ.

В нормальных условиях вещества с большими Fa/ma будут обладать сравнительно очень малыми температурами СП. Но если перед охлаждением увеличить их полную внутреннюю энергию высокочастотным облучением, то увеличится не только Екин атомов но и их Евн причём последняя в больше степени. Поэтому внутренняя энергия атомов в начальный момент времени будет иметь больший процент относительно полной внутренней чем обычно. И при уменьшении полной внутренней энергии вещества при охлаждении величина Екин атомов за счёт большего восполнения от Евн будет уменьшаться слабее, чем в нормальных условиях, а значит и температура вещества будет изменена слабее к моменту наступления сверхпроводимости. То есть Тсп вещества повысится.

Этот принцип зарядки можно использовать на практике для всех веществ, то есть перед охлаждением зарядить их внутренней энергии атомов посредством радиоизлучения или иной бомбардировки.

Также рассмотрим в качестве доказательства тому, что внутренняя энергия атома, а точнее её величина относительно полной внутренней энергии вещества, является прямой причиной возникновения сверхпроводимости с разными Тсп у веществ, влияние давления на Тсп некоторых веществ.

Известно, что для ряда веществ при увеличении давления происходит увеличение Тсп. Это можно объяснить тем, что увеличение давления равносильно увеличению отношения Fa/ma в результате увеличения Fa. Таким образом, вещество смещается вправо по результирующей кривой 3 зависимости Тсп(Fa/ma) (см.рис.1.2.1.) . Тем самым у некоторых веществ, находящихся в левой части центрального пика зависимости, увеличивается Тсп.

Итак, как указывалось выше, в процессе сверхпроводимости поля частиц теряют свою интенсивность при движении их с той же скоростью что и частица. Напомним, что данная интенсивность взаимодействия между частицами по средством полей (электростатического и ядерного) меняется по экспоненциальному закону:

Fп = Fп о*ехр(а(с-vч)).

Теперь, пользуясь данным эффектом, определим возможность существования криогенных реакций, то есть реакции с выделением энергии. Для этого рассмотрим процесс, который может привести к успешному протеканию реакции.

Итак при разгоне частицы в пространстве охлаждённого вещества происходит уменьшение интенсивности взаимодействия частиц посредством полей в результате чего происходит квазибезпрепятственное сближение частиц на расстояние действия сил ядерного типа. И хотя ядерные типы сил также уменьшились, но, будучи гораздо большими по сравнению с электростатическими, всё же могут удержать частицы в статичном соединении. Причём при сближении под воздействием ослабленных ядерных типов сил частицы не получают достаточного ускорения чтобы в результате него произошло столкновение с заметным выделением энергии.

Для удачного протекания реакции необходимо сообщить частицам такое ускорение, при котором после столкновения частица получит некоторое количество энергии в столь короткий промежуток времени, что просто не сможет запасти её в себе и выделит наружу в виде высокочастотного g - излучения. Что и происходит в результате обычной термоядерной реакции.

Итак, необходимо создать условия для получения вышеуказанного ускорения. Для этого движущейся системе "склеенных" частиц необходимо вернуть исходное состояние полей. Переходной процесс становления силы взаимодействия частиц при возвращении прежней интенсивности поля оных изображен на рис.2.2.1:

Рис.2.2.1. Зависимость силы взаимодействия частиц в паре от времени при повышении температуры проводникового вещества.

Рассмотрим зависимость Fвзаим(t) .

Оговорим прежде условия зависимости:

1) Переходной процесс становления поля ( как электро- так и ядерного) до исходного состояния заканчивается очень быстро и к началу переходного процесса становления силы взаимодействия частиц поле достигает исходного значения Fя уст и Fэ уст .

2) Считая, что частицы достаточно упруги, будем представлять систему двух частиц как колебательную.

3) Поскольку соотношение между силами взаимодействия ядерных и электростатических полей соответственно 100/1 то для удобства будем рассматривать взаимодействие частиц только за счёт ядерных полей.

Под воздействием увеличивающейся силы взаимодействия при усилении поля центры масс соединённых частиц начинают сближаться, и в зависимости от того насколько мало время возврата исходной интенсивности поля (на рис.2.2.1. это время tу) зависит то, каково количество передаваемой энергии в единицу времени. Ясно, что чем больше время tу тем меньшую амплитуду имеет колебательный процесс. Исходя из этого, можно сказать, что существуют два пути сообщения ускорения частицам достаточного для взаимодействия последних с последующим выделением энергии:

  1. Вещество в пространстве которого перемещаются пары частиц достаточно медленно нагревается (на графике это начало переходного процесса t=0), достаточно для того, чтобы возвращающееся поле передало частицам такую энергию в единицу времени при которой частицы достигнув пика силы взаимодействия (t=t1) получили бы такую ускоряющую энергию, что её хватило бы на то, чтобы они разошлись на некоторое расстояние друг от друга когда энергия взаимодействия станет отрицательной как показано на рис.2.2.1. ,но при этом расхождении после заполнения площадки торможения (заштрихованная область на ри.2.2.1) всё ещё остались бы в поле действия сил ядерного поля. В результате они получат энергию ускорения, будучи на каком- то расстоянии друг от друга, что равнозначно случаю с попаданием частиц в поле действия ядерных сил в процессе термоядерной реакции. И значит, мы будем иметь в последствии и в нашем случае достаточное ускорение частиц для удачного протекания ядерной реакции. Поиск времени нарастания поля, иначе говоря, оптимальной скорости нагрева вещества на пути движения частицы (температура (Т) на единицу пути частицы), помимо очень малого пространства, занимаемого ядерным полем, осложняется ещё и тем, что при удалении частиц друг от друга при переходе площадки торможения в отрицательную зону происходит уменьшение силы взаимодействия между частицами, что в свою очередь приводит к увеличению зоны отрицательной площадки (см. рис. 2.2.1. t2<t<t3). То есть время торможения частицы увеличивается, и значит возможность остаться в зоне действия ядерных типов сил к моменту заполнения площадки торможения также уменьшается. Именно поэтому целесообразно предложить альтернативный способ передачи энергии.

  2. Вещество с движущимися в нём парами частиц нагревается, но настолько быстро, чтобы переданной при этом энергии в единицу времени частице не удалось бы накопить в виде потенциальной для последующей обратной передачи, и вся переданная энергия с частью собственной энергией частицы выделилась бы в виде g - излучения.

Главное на что необходимо опираться в данном случае это dF/dt. А именно при dF/dt® ¥ то есть при tу ® 0 мы будем иметь в конечном результате энергию выделяющуюся при криореакции стремящуюся к бесконечности. Поэтому необходимо увеличивать dF/dt . Но как?

D F конечно (от 0 до Fуст), но D t можно устремить к нулю если увеличить скорость перехода электрона из вещества с одной планкой скорости поля в вещество с планкой v¹ = с.

Это можно сделать, если осуществить систему с гигантскими напряжениями, что будет увеличивать vэл, и как можно более резким переходом из охлаждённого вещества в вещество в нормальных условиях. То есть ширина границы D Т - перепада должна быть как можно более малой.

Также для резкого изменения интенсивности поля можно предложить переход пары из охлаждённой системы в вакуум. То есть при этом также пара перейдёт из системы с низким значением планки скорости поля в систему, где планка скорости поля приобретает своё нормальное значение v¹ = с.

Итак, основываясь на данных пунктах, можно сделать вывод в виде следующей зависимости выделяемой энергии в криореакции от времени нарастания поля tу (рис. 2.2.2.):

Рис.2.2.2. Зависимость количества выделяемой энергии от времени нарастания поля.

Далее рассмотрим особенности проведения криореакций в материи.

Рассмотрим криоядерную реакцию.

Протоны разгоняются в веществе. При наличии факторов высокого напряжения и низкой температуры они набирают достаточную скорость для преодоления скорости поля (v¹) эквивалентной скорости поля (с) в системе движущегося тела. Причём, конечно, напряжение должно быть гораздо больше чем в случае с электронной проводимостью, так как масса протона больше, а предельная скорость поля протона такая же как и у электрона. Но существует еще и главный фактор:

Естественно, что вещество в данном случае должно обладать минимальной плотностью свободных электронов поскольку образование нейтральных атомов препятствует всяческому процессу реакции.

Поэтому нужно отметить, что это должна быть диэлектрическая структура, но как можно менее полярная чтобы исключить взаимодействие протона с полем КР. Также можно пропустить поток протонов через атомарную структуру (металлическую), но уже при наличии электронной сверхпроводимости в пространстве КР. При этом электроны не взаимодействуют с протонами в пространстве СП и последние беспрепятственно преодолевают скорость собственного поля причём под воздействием меньшего напряжения чем в случае с диэлектриком, так как взаимодействие с полем КР меньше. Но необходимо избегать вылетов потока за пределы КР, поскольку это чревато образованием атомарного водорода.

О криоэлектронной реакции можно сказать только, что сам процесс преодоления планки скорости поля для электронов не нуждается в каких - либо специальных условиях поскольку он происходит самопроизвольно в процессе пропускания тока через охлаждённое вещество. Основываясь на этом явлении, нельзя не отметить, что если науке удастся воплотить в реальность явление криоэлектронной реакции, то это, пожалуй, будет самым грозным оружием против приближающейся энергетической катастрофы, которая неизбежно наступит при исчерпании ресурсов планеты.

В первой главе данной работы для нахождения количественной зависимости Tсп(F/m) используются пропорциональные F и m параметрам d и r параметры. Но в случае нахождения подобной зависимости для сложных веществ существует трудность в нахождении d и r параметров этих веществ в обширной библиотеке физики. Поэтому появилась задача выражения аргумента непосредственно через F и m веществ.

Подход к решению этой задачи оказался довольно простым (я сказал бы даже примитивным и весьма упрощеным).

Итак, представление F и m параметров было выражено следующим образом:

1) Во-первых обратимся к параметру (m).

Как выведено выше Тсп имеет зависимость от (m). В качестве f(m) мы использовали функцию (-ln(m)). Эта функция была одной из двух слагающих функций.

На месте натурального логарифма мог быть любой другой логарифм, но мы приняли (ln) как наиболее подходящий для простых веществ. Так же будем считать и в дальнейшем со сложными веществами, хотя, возможно, что более оптимальная функция f(m) для сложных веществ - другая.

Итак, сложное вещество будет содержать в своём составе n разных элементов и у каждого своя масса (miатома). Очевидно, что в качестве отношения F/m мы можем взять отношение суммы сил связи всех узлов в КР к суммарной массе вещества. Но всё же попробуем избежать подобную сложную операцию, используя усреднённые значения числителя и знаменателя.

Итак, найдём средний параметр (mср).

Вернёмся к зависимости Tсп~ -ln(m) (~ -знак пропорциональности). Поскольку Тсп зависит непосредственно от массы атома нелинейно, то мы не можем взять просто среднее арифметичное массы (то же касается и нахождения Fcр).

Пояснить это можно, прибегнув к зависимости доли внутренней энергии атома вещества (Е*вн) от mатома, которая показана в 1-ой главе работы.

Е*вн прямопропорциональна Тсп. Итак, Е*вн~ -ln(mатома)

Пусть существуют два разных атома одног о вещества с массами m1 и m2, их сумма равна m , тогда mср=m/2. Но Е*вн зависит от mатома не прямопропорционально его величине, значит в процессе охлаждения вещества до Тсп у этих атомов с m1 и m2 их суммарная Е*вн будет иметь отрицательное приращение в одном количестве , а у их средних арифметических значений в совершенно другом количестве. Значит, для того чтобы количество приращённой за охлажденние энергии Е*вн у двух mср было соответствующим первоначальным массам m1 и m2 нам нужно найти mср из среднеарифметического значения величины, которая прямопропорциональна Е*вн , а именно,

ln(mср)=(ln(m1)+ln(m2))/2=ln(m1*m2)^0.5 (1), отсюда

mср=(m1*m2)^0.5 (2)

2) Теперь найдём среднее значение F по тому же принципу:

Тсп~ Е*вн~ (F)^1/5, и значит (F)^1/5ср=((F1)^1/5+(F2)^1/5)/2 (3)

Fср= (((F1)^1/5+(F2)^1/5)/2)⁵ (4)

В общем случае :

mср=(Пmi)^1/k (5)

Fcр=(å (Fi)^1/5/k)⁵ (6), где к - количество слагаемых.

В случае с F мы также оставляем функцию зависимости (F)^1/5 как и для простых веществ, хотя , не исключено, что для сложных веществ правильнее будет использовать иную функцию.

Итак, каждая из составных функций представлена в виде зависимости Тсп от mср и Тсп от Fср. Значит общая функция представляет следующее:

Тсп=f(Fср/mср) (7)

Теперь рассмотрим тот самый принцип выведения Fср.

В качестве силы связи узла (i) рассматривалось отношение

Fi=Eiсвязи.ат./rатома (8),

но поскольку нас интересует не абсолютная а лишь относительная величина (F), то в расчёте rат. заменено на длину ребра решётки (нм) [2], так к примеру для кубичной: Fi=Ei/a.

Энергия связи (Ei) узлов находилась следующим образом :

За основу брались энергии атомизации элементов (ккал/моль) [3]. Когда рассматривались бинарные сплавы необходимо было определиться в том, что за энергия связи существует у каждого элемента-узла, соответствует ли она той, которая у данного элемента в чистом состаянии или иная.

Итак, энергия атомизации веществ в количестве 1-го моля мы приняли пропорциональной энергии связи узла, да и по сути энергия атомизации это и есть суммарная энергия затрачиваемая на организацию связи между всеми атомами вещества количеством 1 моль. Далее на помощь приходит моя гипотеза о строении вещества.

Я имею предположение, что связь узлов осуществляется засчёт существования между ними движущихся электронов, но электроны движутся не просто по орбитам, а по "восьмёркам". То есть электрон управляемый электромагнитными полями ядер перемещается как показано на упрощенной схеме связи узлов ниже.

Основанием для данной гипотезы служит следующее представление атома.

Если предположить, что атом представляет собою ядро - состаящее из протонов - контуров с током, создающих свои ЭМ поля, а электрон движется в данном суммарном поле ядра . При этом получается, что на электрон может воздействовать совокупность подобных полей от окружающих его узлов, а не только поле его собственного атома. Таким образом, достигая середины пространства между узлами при определённом наложении полей в этой точке суммарная сила воздействия на электрон может равняется нулю и по касательной электрон выходит на орбиту соседнего атома.

Так, находясь в междуузлии электрон соединяет соседние узлы.

Несомненно, эта гипотеза нуждается в развитии, но главный её принцип помог уже сейчас. Итак, пологаем, что электрон движется именно так . Тогда, зная, что электроны разных элементов находятся на разных энергитических уровнях (ЭУ), но вместе с этим могут по "восьмёркам" переместиться на ЭУ другого элемента-узла. Так рассмотрим этот процесс.

Допустим, имеем бинарный сплав, каждый из двух металлов имеет своё количество валентных электронов и свои энергии связи ядер со своими электронами. Но в связи КР электрон обладающий меньшей потенциальной энергией связи со своим ядром попадает на орбиту на которой потенциал ядра значительно больше, чем у "родного" атома . Значит, электрон, проходя несколько раз по орбитам таких атомов , полностью преобретает потенциал соответствующий потенциалу электрона чужого атома. Но когда он возвращается к своему атому, то как обладающий заведомо большим потенциалом чем раньше, перейдёт на более глубокий уровень своего атома. И уже со своим атомом этот электрон будет связан с энергией соответствующей энергии связи чужого атома и его электрона.

Далее я хотел бы подчеркнуть, что данный процесс является вынужденным, а значит происходит гораздо быстрее чем спонтанный, а к спонтанному процессу можно отнести процесс возбуждения данного изменившегося электрона, то есть процесс возврата его в перевоначальное состояние. И для того чтобы этот процесс завершился этим возвратом электрон должен пройти гораздо большую цепочку своих атомов чем цепь чужих чтобы опять увеличить свой потенциал. Поэтому в случае с бинарными сплавами я считал, что даже если чужой атом составляет примесь в размере одной сотой от всего вещества, то сила связи электрона получившего новый потенциал со своими атомами всеравно остаётся равной связи между чужым ядром и его собственным электроном.

Да, кстати, этим можно легко объяснить, что существование незначительной примеси в чистых металлах может кратно увеличить их прочность!!!

Значит энергии связи узлов остаются следующими :

Для упрощения было принято, что валентные электроны имеют одинаковую энергию связи с ядром. Элементы-узлы с большей средней энергией связи, приходящейся на один валентный электрон, остаются с прежней энергией связи соответствующей их чистой форме. В то время когда элементы-узлы с меньшей средней энергии связи валентного электрона с ядром преобретают новую энергию связи равную произведению большей средней энергии связи валентного электрона и ядра на количество валентных электронов данного "слабого" элемента.

В вопросе валентности я руководствовался общими знаниями , а именно, "Общая химия" Л. Полинга, где я нашёл, что большенство веществ имеет валентность соответствующую группе вещества в периодической таблице за исключением d-элементов 7-ой и 8-ой групп, для них валентность определяется равной 6.

Что касается f-элементов, то их валентность я получал с учётом возбуждения одного из пары электронов последней s-орбиты.

Итак, с извесными энергиями связи узлов необходимо найти силы связи.

Рассмотрим сначала кубичные КР. Используя формулу (6) имеем для бинаров следующее выражение:

Fср=(((E1/a)^1/5*n+(E2/a)^1/5*m)/(n+m))⁵=

=(((E1)^1/5*n+(E2)^1/5*m)/(n+m))⁵/a

И для гексоганальной КР:

Каждый узел связан по шести рёбрам: 4а и 2с, тогда найдём усреднённое значение ребра d.

Fi=(Ереб.*4/a)+(Ереб.*2/с), где Ереб.=Еiсвязи/6, считаем, что энергии связи рёбер равные. Тогда

Fi=6*(Ереб./d), где d=3*c*a/(2*c+a) Þ

Fср=(((E1)^1/5*n+(E2)^1/5*m)/(n+m))⁵/d.

В дальнейшем были рассмотренны несколько структур.

Для кубической лавес-фазы С15 и гексагональной С14 мы используем полное отношение (Fср/mср). Но для остальных структур (кубичная c -фаза А12, кубичная LI2) было сделано иначе. На основании того, что лишь немногие вещества из общего количества веществ с одной КР имеют отличные от других параметры решёток (а, d и т.д.)для вышеозначенных КР использовалось непосредственно отношение Еср/mср как пропорциональное отношению Fср/mср. Также на основании данных ниже в таблицах значений аргументов и функций рассматриваемой зависимости представлены распределения значений зависимости на координатной плоскости. Тсп использовались из источников [1,2]. Задачу оценки сходства формы кривой описывающей данное распределение с качественной кривой зависимости приведенной в главе 1 этой работы я предоставляю коллегам, но уже сейчас хочу заметить, что, имея правильное распределение на практике возможно отыскать полезные параметры новых сверхпроводников. При умелом использовании этих параметров можно найти и сами формулы этих веществ.

Рис.3.1. Распределение значений количественной зависимости Tсп=f(F/m) для веществ кубической лавес-фазы С15.

Таблица 3.1.

Значения КР С15.

Рис.3.2. Распределение значений количественной зависимости Tсп=f(F/m) для веществ гексогональной лавес-фазы С14.

Таблица 3.2.

Значения КР С14.