Fizyka współczesna Nadprzewodnictwo

Fizyka współczesna Nadprzewodnictwo
1911 rok – Heike Kamerlingh Onnes – holenderski fizyk z Uniwersytetu Leiden zaobserwował zanik oporności rtęci, badając jej własności w temperaturze 4,2 K (rolę chłodziwa pełnił otrzymany niewiele wcześniej ciekły hel). Za swoje odkrycie i prace w tym zakresie Onnes otrzymał w roku 1913 nagrodę Nobla.

1933 rok – Walter Meissner i Robert Ochsenfeld odkryli zjawisko diamagnetyzmu substancji nadprzewodzącej nazwane później zjawiskiem Meissnera i polegające na bardzo silnym odpychaniu pola magnetycznego przez nadprzewodnik

1957 rok – pierwsza udana próba sformułowania teorii opisującej zjawisko nadprzewodnictwa. Powstaje skomplikowana matematycznie teoria BCS opracowana przez Johna Bardeena, Leona Coopera, i Johna Schrieffera, za którą wszyscy trzej naukowcy otrzymali nagrodę Nobla w 1972 roku.

Nadprzewodniki II rodzaju A. Abrikosow.)

·Siła pinningu FP – siła pochodząca od zakotwiczenia się worteksu na niejednorodnościach i defektach sieci. ·Siła Lorentza FL – powstała na skutek istnienia zewnętrznego pola magnetycznego B i płynącego we wnętrzu nadprzewodnika prądu J.

1986 rok – rewolucja w dziedzinie nadprzewodników: nadprzewodniki typu II – Alex Müller i Georg Bednorz odkryli zjawisko nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego (zachodzącego w temperaturze 30 K dla ceramicznego związku lantanu, baru, miedzi i tlenu – (La1.85Ba.15)CuO4 ).

1987 rok – naukowcy University of Alabama-Huntsville zastąpili Lantan Itrem w stopie Müllera i Bednorza i otrzymali ceramiczny stop YBa2Cu3O7 (YBCO) nadprzewodzący w temperaturze 92 K. Pierwszy raz w historii otrzymano materiał nadprzewodzący w temperaturze wyższej niż temperatura ciekłego azotu (77 K).

Fizyka współczesna Nadprzewodnictwo - zastosowania
elektronika – złącza z wysokotemperaturowych nadprzewodników.

energetyka – wysokowydajne generatory o małych gabarytach, kable nadprzewodnikowe stosowane w bezstratnym przesyłaniu energii na duże odległości – oszczędności energii

wysokowydajne elektromagnesy – zastosowanie w transporcie („lewitujące” pociągi), diagnostyce medycznej (nowe, dokładniejsze tomografy), akceleratorach przyspieszających cząstki do ogromnych energii

Fizyka współczesna Ewolucja i budowa Wszechświata
Początki kosmologii – rok 1917: A. Einstein opublikował pracę: „Kosmologiczne rozważania nad ogólną teorią względności”: model statyczny. de Sitter & Lamaitre: wszechświat nie jest statyczny; przestrzenia chwilowe zależą od czasu – wszechświat podlegający ewolucji (ale pusty).

W 1929 roku E. Hubble odkrył badając widma dalekich obiektów astronomicznych przesunięcie linii widmowych ku podczerwieni, co zinterpretował, wykorzystując zjawisko Dopplera. Wynika z tego, że galaktyki oddalają się jednakowo we wszystkich kierunkach proporcjonalnie do ich odległości od obserwatora. Vr=Hr, H – stała Hubble’a (53 km/s na Mps)

Teoria Wielkiego Wybuchu. 1. Era Plancka (od 0 do 10-43sekundy ) 3. Era wielkiej unifikacji (od do sekundy ) 4.Era inflacji (od do sekundy ) 5.Powstanie materii (od do 10-5 sekundy ) 6.Era nukleosyntezy (od 1 sekundy do 4 minuty ) 7.Rozprzęganie materii i promieniowania (od 4 minuty do lat ) 8.Powstawanie galaktyk (od lat do 2 mld lat ) 9.Ewolucja chemiczna galaktyk (od 2 mld lat do dziś) 10.Powstawanie układów planetarnych

Era Plancka - od 0 do sekundy: gęstość wynosiła 1097 kg/m3, a temperatura 1032 kelwinów. Era wielkiej unifikacji - od do sekundy: - wszystkie oddziaływania, z wyjątkiem grawitacyjnego, mające wpływ na cząstki - elektromagnetyczne, słabe i silne były nieodróżnialne - między oddziaływaniami występowała symetria. Została ona złamana w chwili t=10-35 sekundy.

Era inflacji - Od do sekundy Konsekwencją złamania symetrii było wydzielenie się wielkiej ilości energii. Próżnia zmieniła wówczas swój stan. Wyzwolona energia spowodowała gwałtowne przyspieszenie ekspansji Wszechświata. Doprowadziło to do wygładzenia wszelkich większych niejednorodności. jakie mogły istnieć we wcześniejszych fazach. Dlatego dzisiaj Wszechświat w dużych skalach jest jednorodny i izotropowy, tzn. we wszystkich kierunkach wygląda tak samo.

Powstanie materii - od do 10-5 s. Ekspansja staje się wolniejsza. Wszechświat nadal zmniejsza swą gęstość i temperaturę. Rozpad istniejących wówczas ciężkich cząstek spowodował powstanie niewielkiej nadwyżki materii nad antymaterią. W tym czasie przestrzeń wypełniała plazma kwarkowo - gluonowa (stąd niekiedy tą erę nazywa się erą plazmy kwarkowo - gluonowej). Po sekundy, gdy temperatura opadła do wartości 2*1015 K. oddziaływanie słabe oddzieliło się od oddziaływania elektromagnetycznego. Wszechświat wypełniały wówczas głównie fotony, neutrina, elektrony i swobodne kwarki W chwili t=10-5 s i T= 3*1012 K - łączenie się kwarków w protony i neutrony.

ERA NUKLEOSYNTEZY - od 1 sekundy do 4 minut: T=5*109 K. Istniejące jeszcze wówczas pozytony anihilowały z elektronami, zwiększając liczbę fotonów. Rozpoczęła się wtedy era nukleosyntezy, w trakcie której powstały proste jądra, atomowe. Protony przyłączały neutrony, tworząc jądra deuteru. Te z kolei absorbowały następne protony lub neutrony, w wyniku czego powstawały jądra helu-3 i trytu. Dalsze reakcje produkowały cząstki alfa. czyli jądra helu-4. Pod koniec ery nukleosyntezy, która trwała około 4 minut, około 77% masy Wszechświata stanowiły protony (czyli jądra wodoru), a resztę - cząstki alfa (jądra helu-4). Występowały też niewielkie ilości deuteru, helu-3 oraz litu. Jądra ciężkich pierwiastków praktycznie nie powstały. Temperatura i gęstość Wszechświata były już zbyt małe. by mogły one reagować i produkować cięższe pierwiastki.

Rozprzęganie materii i promieniowania - od 4 min. do lat Wszechświat wypełniają protony, cząstki alfa i swobodne elektrony, zanurzone w kąpieli fotonów i neutrin. Neutrina nie oddziaływały z materią, natomiast fotony wymieniały energię z elektronami, tak więc ich temperatura była równa temperaturze materii. Wszechświat ciągle się rozszerzał i stygnął. Po okresie lat, T=3000 K. W tym momencie elektrony połączyły się z protonami i cząstkami alfa, tworząc elektrycznie obojętne atomy wodoru i helu. Ponieważ fotony prawie nie oddziałują z obojętnymi atomami, od tej chwili Wszechświat stał się praktycznie przezroczysty dla promieniowania. Fotony pozostałe po tej fazie powinny być rejestrowane również dzisiaj.

Powstawanie galaktyk - od lat do 2 mld lat Zalążki galaktyk powstawały już w erze inflacji. Inflacyjna ekspansja nie przebiegała identycznie w całym Wszechświecie: niektóre obszary rozszerzały się nieco szybciej, inne nieco wolniej. Te, które rozszerzały się wolniej, miały większą gęstość. Siły grawitacyjne przyciągały materię do obszarów o większej gęstości. Z obszarów tych utworzyły się galaktyki i większe struktury - gromady i supergromady galaktyk. Ponieważ światło rozchodzi się ze skończoną prędkością widzimy je takimi, jakie były kilkanaście miliardów lat temu, czyli zaledwie miliard czy dwa miliardy lat po Wielkim Wybuchu.

Ewolucja chemiczna galaktyk - od 2 mld lat do chwili obecnej: Gdy galaktyki już powstały, skupiły w sobie większość materii Wszechświata. Dlatego od tej chwili ewolucja Wszechświata polega na zmianach zachodzących we wnętrzach galaktyk. Początkowo gaz, z którego się utworzyły, składał się prawie wyłącznie z wodoru i helu. Niestabilności grawitacyjne powodowały, że .obłoki tęgo gazu zapadały się. tworząc. pierwsze pokolenie gwiazd. W gwiazdach zachodziły reakcje jądrowe, które przekształcały jądra wodoru w jądra helu, a w późniejszych fazach - także jądra helu w jądra węgla i tlenu. Najistotniejszą rolę w ewolucji chemicznej galaktyk pełnią gwiazdy masywne (o masach przekraczających 8 mas Słońca). W końcowych etapach rozwoju powstają w nich również jądra innych pierwiastków, a swój żywot kończą w formie gwiazd supernowych.

Poszukiwania Arno Penziasa i Roberta Wilsona: Odkrycie promieniowania elektromagnetycznego o długości 7.35 cm – 3.5 K. Promieniowanie reliktowe – promieniowanie tła (pozostałość ery rozprzęgania)

Dokładne pomiary: 2.7 K, charakter promieniowania CDC. od 1992r. - badanie promieniowania tła przy pomocy satelity COBE,

Typy galaktyki Gwiazdy Materia Procent całej międzygwiazdowa populacji spiralne stare pył i gaz Ok.77% młode eliptyczne gaz Ok. 20% nieregularne Ok. 3%

Droga Mleczna jest galaktyką spiralną, liczącą około 500 miliardów gwiazd. Powstała z olbrzymiej chmury gazowo-pyłowej ok. 10 miliardów lat temu. W jej wnętrzu znajduje się gęste sferyczne jądro, złożone też z gwiazd które może też zawierają czarną dziurę. Wokół jądra rozciąga się dysk ukształtowany w ramiona spiralne, zawierający młode gorące gwiazdy. Jądro i dysk otacza rzadkie halo z bardzo starych gwiazd.. nasza galaktyka ma jądro o średnicy około lat świetlnych, dysk o średnicy ok lat świetlnych.

W przygotowaniu tego wykładu korzystałem z prezentacji wykonanych przez studentów IV roku GiG oraz II roku Informatyki Stosowanej WFiIS w ramach prowadzonych przeze mnie zajęć seminaryjnych z „Fizyki Współczesnej”. Wiesław Marek Woch.

Fizyka współczesna Nadprzewodnictwo

Podobne prezentacje

Prezentacja na temat: "Fizyka współczesna Nadprzewodnictwo"— Zapis prezentacji:

Podobne prezentacje

О projekcie

Zwrotny adres

Wejść

Zaloguj się poprzez sieć społeczną:

Fizyka współczesna Nadprzewodnictwo

Podobne prezentacje

Prezentacja na temat: "Fizyka współczesna Nadprzewodnictwo"— Zapis prezentacji:

Podobne prezentacje

О projekcie

Zwrotny adres