Владимир Карцев - Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)

пропускаемые по ним токи, ни о какой экономии энергии речи не было, ибо потери

росли быстрее, чем ток. При низких температурах снижалось сопротивление

проводников и вместе с ним выделение тепла током. Наконец, произошло невероятное

событие — почти у абсолютного нуля (-273 °C) электропроводность некоторых

металлов росла до бесконечности! "Виновником" оказался Генке Камерлинг-Оннес.

В жизни Камерлинг-Оннеса ничто, казалось, не предвещало мировой славы. Известный

ученый, опубликовавший в специальной литературе многочисленные работы по

радиоактивности, термодинамике и сжижению газа, обладающий скорее инженерным

складом ума, чем аналитическим. Но в 1911 г. одним весенним утром он вошел в

лабораторию обычным заведующим кафедрой, а вышел первооткрывателем

сверхпроводимости. Один день принес ему бессмертие. Вот как это произошло.

До того было неясно, как должно изменяться электрическое сопротивление металлов

при снижении их температуры.

Ученые придерживались трех различных точек зрения:

Из классической теории электромагнетизма известно, что сопротивление проводника

падает с уменьшением температуры. Объяснить это явление можно довольно просто.

Электрический ток — это поток свободных электронов, проходящих сквозь

кристаллическую решетку металла. При высоких температурах вследствие теплового

колебания атомов кристаллической решетки вероятность столкновения электронов с

решеткой велика. Это препятствует движению электронов и создает сопротивление

току. При низких температурах, когда амплитуда колебаний атомов в решетке

уменьшается, вероятность столкновения электронов с решеткой становится меньше и

ток встречает, таким образом, меньшее сопротивление. При абсолютном нуле, когда

решетка уже неподвижна, сопротивление проводника равно нулю.

Сопротивление току сохранится и при абсолютном нуле, поскольку и тогда некоторые

электроны будут сталкиваться с решеткой, тем более что кристаллические решетки,

как правило, не являются идеальными — в них всегда есть дефекты и включения

примесей.

Сопротивления металлов при приближении температуры к абсолютному нулю должны

возрастать, так как в силу конденсации электронов на решетке (грубая аналогия —

образование капелек воды на холодной ложке, поднесенной к горячему чаю) их число

при охлаждении непрерывно снижается, вследствие чего электропроводность

(определяемая числом свободных электронов) уменьшается (электропроводность —

величина, обратная удельному сопротивлению).

Действительно, трудно представить себе еще какой-нибудь вариант. Но… Весной

1911 г. Камерлинг-Оннес заморозил ртуть в сосуде Дьюара, содержащем жидкий гелий.

Затем он пропустил через ртуть ток и наблюдал за стрелками измерительных

приборов, показывающих сопротивление, которое, как и следовало ожидать,

постепенно снижалось по мере падения температуры. Такое соотношение между

сопротивлением и температурой сохранялось до тех пор, пока температура не

снизилась до 4,12 К. Внезапно электрическое сопротивление ртути исчезло; не

осталось даже сопротивления, обусловленного столкновениями электронов с

дефектами и примесями решетки.

Камерлинг-Оннес повторил эксперимент. Он взял очень загрязненную ртуть, у

которой остаточное сопротивление, вызываемое примесями, должно быть очень явно

выражено. Однако вблизи той же температуры (4,12 К) сопротивление ртути почти

также внезапно исчезло. Как увеличить сопротивление столбика ртути, довести его

до того значения, которое было бы зарегистрировано приборами? Очевидно, нужно

увеличить длину столбика и уменьшить его сечение. Камерлинг-Оннес изготовил

столбик ртути толщиной менее человеческого волоса и длиной 20 см. Измерив теперь

сопротивление, он поразился: стрелки приборов не сдвинулись с места. Нуль.

Камерлинг-Оннес готовил еще один эксперимент с еще большей точностью измерений.

Из ртути ученый изготовляет кольцо и подвешивает его горизонтально на тонкой

нити. Если в таком кольце навести ток, выключив, например, находящийся

поблизости электромагнит, нить закрутится на некоторый угол. Этот угол можно

измерить с большой точностью, укрепив на нити зеркальце и прослеживая положение

"зайчика". Если в кольце существует какое-нибудь сопротивление, ток в кольце

будет постепенно затухать. Это приведет к ослаблению закручивания нити, и