Напоминаю, что в четверг 27 апреля практическое занятие по МЭТ. Д/з: Задачи 3.5.4, 3.5.7,3.5.11.

Студентам 2 курса!

На практическое занятие, 23 апреля, готовим темы "Эффект Холла", "Германий".

Российский студент показал дорогу к новым сверхпроводникам

Гидрид актиния должен, по расчетам, быть рекордно высокотемпературным сверхпроводящим материалом.

Сегодня 20:22

Группа ученых во главе с Артемом Огановым из Сколтеха и МФТИ с помощью расчетов показала возможность высокотемпературной сверхпроводимости для гидридов актиния (соединений актиния и водорода). Попутно они обнаружили общий принцип, по которому можно вычислить сверхпроводимость для разных гидридов, используя одну только таблицу Менделеева. Соответствующая статья опубликована в The Journal of Physical Chemistry Letters.

Последние десятилетия научные группы по всему миру ищут материалы с высокотемпературной сверхпроводимостью — такие, у которых электрическое сопротивление падает до нуля при температурах выше точки кипения жидкого азота (-196 по Цельсию). К сожалению, физическая природа высокотемпературный сверхпроводимости пока неясна, отчего до сих пор эти поиски идут главным образом непроизводительным методом проб и ошибок. Есть предположения, что для гидридов — соединений водорода и металлов — такая сверхпроводимость будет наступать при особо высоких температурах. Но вариантов этих соединений много, и хорошо бы заранее узнать, какие из них перспективнее всего.

Авторы новой работы попробовали рассчитать точку наступления сверхпроводимости для AcH16. Оказалось, что она должна появляться в диапазоне температур от -69 до -22 по Цельсию при давлении в 1,5 миллиона атмосфер. При этом был найден принцип вычисления сверхпроводимости по периодической системе химических элементов. Артем Оганов отмечает: «Сама идея связи сверхпроводимости с таблицей Менделеева принадлежит студенту моей сколтеховской лаборатории Дмитрию Семенку. Найденный им принцип настолько простой, что удивительно, что никто не заметил его раньше».

В общем виде идея такой связи описывает распределение в таблице Менделеева элементов, способных к образованию сверхпроводящих соединений. Оказалось, что высокотемпературная сверхпроводимость возникает у тех веществ, что содержат атомы металлов, близких к заселению новой электронной подоболочки. Когда несколько электронов имеют одинаковые значения как главного квантового числа (квантовое число n, определяет энергию электрона), так и орбитальных квантовых чисел (l, характеризует форму орбиталей), то говорят, что они относятся к одной электронной подоболочке. В случае, когда атом в кристалле по параметрам своих электронов уже готов занять новую электронную подоболочку, он будет очень чувствителен к малейшим изменениям в окружающей его кристаллической решетке — например, к изменению положения близлежащих атомов. Такая чувствительность означает сильное электрон-фононное (фонон — квазичастица колебательного движения атомов в кристалле) взаимодействие.

Именно такое взаимодействие, когда электроны энергично реагируют на колебания в материале, лежит в основе традиционной сверхпроводимости. Основываясь на такой гипотезе, ученые и предположили высокотемпературную сверхпроводимость у гидридов актиния — его атомы в соединениях с водородом действительно близки к заселению новой электронной подоболочки. Чтобы проверить это, в расчетах использовался эволюционный алгоритм USPEX, ранее разработанный группой Оганова.

Следует четко понимать, что, хотя это очень высокий уровень (предыдущий рекорд был -70 по Цельсию при 1,5 миллиона атмосфер), до практического применения гидридов актиния как сверхпроводников далеко. 1,5 миллиона атмосфер создать много труднее и дороже, чем дать температуру кипящего азота. Однако новая работа заметно проясняет, где и как именно можно искать сверхпроводниковые гидриды. И на этом пути, в теории, можно найти и более практичные варианты сверхпроводников. 

Задачи по КЭТ (конденсаторы)

1. Конденсатор образован двумя квадратными пластинами, отстоящими друг от друга в вакууме на расстояние 0.88 мм. Чему должна быть равна сторона квадрата, чтобы емкость конденсатора составляла 1 пФ?

2. Емкость плоского конденсатора равна 6мкф. Чему будет равна его емкость, если расстояние между пластинами увеличить в 2 раза, а затем пространство между пластинами  заполнить диэлектриком с   = 5?

3. Между обкладками изолированного плоского конденсатора, заряженного до разности потенциалов 400 В, находится пластина с диэлектрической проницаемостью   =  5, примыкающая вплотную к обкладкам.  Какова будет разность потенциалов между обкладками конденсатора после удаления диэлектрика?

4.  Напряженность электрического поля плоского воздушного конденсатора емкостью 4 мкФ равна 100 в/м.  Расстояние между обкладками конденсатора 1 мм. Определите энергию  электрического поля конденсатора.

5. Расстояние между обкладками плоского воздушного конденсатора 0.3 см. Во сколько раз увеличится энергия  электрического поля конденсатора,  если обкладки конденсатора раздвинуть до расстояния 1.2 см?  Конденсатор после сообщения ему электрического заряда был отключен от источника напряжения.

6. Какой должна быть емкость конденсатора, который надо соединить последовательно с конденсатором емкостью 800 пФ,  чтобы получить общую емкостью 160 пФ?

7.  Два конденсатора, емкости которых 2 и 4 мкФ, соединены последовательно и подключены к источнику напряжения с ЭДС 75 В. Найдите разность потенциалов на конденсаторе большей емкости.

8. Два конденсатора с емкостями 2 и 3 мкФ соединены последовательно, а к внешним их концам параллельно подсоединен третий конденсатор емкостью 0.8 мкФ. Какова емкость всей системы?.

9. Конденсатор емкостью 1 мкФ, заряженный до 500 В, подключили параллельно незаряженному конденсатору емкостью 4 мкФ. Найдите разность потенциалов на конденсаторах.

10.  Во сколько раз увеличится емкость плоского конденсатора, пластины которого расположены вертикально, если конденсатор погрузить до половины в жидкий диэлектрик с диэлектрической проницаемостью 5?

11.  Плоский воздушны конденсатор емкостью 1 мкФ соединили с источником напряжения, в результате чего он приобрел заряд 10 мкКл. Расстояние между пластинами конденсатора  5 мм. Определите напряженность поля внутри конденсатора.

12. Расстояние между пластинами заряженного плоского конденсатора уменьшили в 2 раза.  Во сколько раз увеличится при этом напряженность поля конденсатора, если он все время остается присоединенным к источнику напряжения?.

13.   Плоский воздушный конденсатор емкостью 6 мкф заряжен до напряжения 200 В и отключен от источника.  Пластины медленно раздвигают, увеличивая расстояние между ними в 4 раза. Какую работу  при этом совершают?.