Erstens die Lorentzkraft. Die Kraft, die ein geladenes Teilchen daran hindert, sich in einem Magnetfeld entlang gerader Bahnen zu bewegen. Die Kraft, die die Bahnen geladener Teilchen in einer Nebelkammer kräuselt und es dem Forscher ermöglicht, die Geschwindigkeit und Ladung der Teilchen zu bestimmen.
Woher kommen diese Drehungen und Locken? Schauen Sie sich die Abbildung an: Die Lorentzkraft ist immer so gerichtet, dass ihr Vektor einen rechten Winkel mit der Geschwindigkeitsrichtung des Teilchens und dem Magnetfeld bildet. Daher ist es in der Lage, die Rolle einer Zentripetalkraft zu spielen, die für die Bewegung im Kreis notwendig ist. So bewegen sich Teilchen.
In einer mit verdünntem Gas gefüllten Nebelkammer können Partikel frei auf bizarren Flugbahnen wandern. Was ist in einem Feststoff? Kann zum Beispiel die Lorentz-Kraft ein freies Elektron in einem Metall drehen, wenn das Metall in ein starkes Magnetfeld gebracht wird? Es scheint, dass die thermische Bewegung das Elektron aus der Kreisbahn stößt. Dieses Hindernis kann jedoch umgangen werden, indem das Metall gekühlt wird: Die Kälte unterdrückt die Wärmebewegung.
Und dann offenbart sich ein merkwürdiges Phänomen: Das Metall hört auf, ein Stromleiter zu sein! Die Leitfähigkeit in einem Magnetfeld ist extrem gering, da die Elektronen beim Einkreisen keine Ladung tragen können. Das Metall leitet den Strom nur entlang des Feldes gut: Elektronen können sich entlang spiralförmiger Bahnen bewegen, die auf magnetischen Kraftlinien gewickelt sind. Aber es stellt sich heraus, dass es Ausnahmen von dieser Regel gibt.
Ausnahmen von der Regel
Echte Kristalle bestehen in der Regel aus zufällig gemischten Kristalliten – Stückchen mit streng gleich bleibender Struktur. Der allgemein für echte Kristalle akzeptierte Begriff "Polykristall" spiegelt dieses strukturelle Merkmal gut wider. In einem Polykristall gibt es Kristallite, in denen der Strom auch über das Feld fließen kann. Diese Möglichkeit hängt mit der erfolgreichen Ausrichtung der kristallographischen Ebenen zusammen: Die Elektronen bewegen sich sprunghaft und werden an ihnen reflektiert. Der Anteil solcher Kristallite wird mit c und ihre charakteristische Größe mit a bezeichnet.
Jetzt ist alles bereit, um das merkwürdige Paradoxon zu erklären, das von Yu. A. Dreizin und A. M. Dykhne (Institut für Atomenergie, Moskau) entdeckt wurde.
Das ist es. Zwei Goldplättchen werden genommen (die Goldstruktur ist polykristallin) und in die Kette eingebunden. Dann werden die Platten gefaltet. Die Leitfähigkeit des Stromkreises steigt stark an.
Warum steigt die Leitfähigkeit des Stromkreises?
Es ist nicht schwer, sich vorzustellen, wie ein Strom durch einen Polykristall fließen kann: Dazu ist es notwendig, dass sich unter oder über einem Kristallit mit Querfeldleitung ein anderer gleicher Art befindet, der leicht in Richtung des Stroms verschoben ist; darüber oder darunter - ein weiteres und so weiter. Und das Bild wird ganz klar, wenn man es von oben betrachtet: Von der Projektion her sollten solche Kristallite einander überlappen. Und dies geschieht, wenn die Dicke der Probe eine bestimmte Grenze überschreitet, ungefähr gleich a/c.
In dem beschriebenen Experiment erreichte die Dicke jeder Platte diesen Wert nicht und die Leitfähigkeit über das Feld war gering; die Gesamtdicke der Platten überschritt die angegebene Grenze, und es trat jene Leitfähigkeit auf, die schematisch durch die Zahl in der zweiten Spalte beschrieben wird.
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