Логотип сайта faterra.com
Четверг, 21 июля 2016 20:12 Автор: Виктор WPS

Парадокс золотых пластинок

Рейтинг материала
(1 оценил)

Сначала — о сила Лоренца. Той сила, что не дает заряженной частице двигаться по прямым путям в магнитном поле. Той силе, что завивает траектории заряженных частиц в камера Вильсона и позволяет исследователю определить скорость и заряд частиц.

Сила ЛоренсаОткуда же эти искривления и завитки? Взгляните на рисунок: сила Лоренца всегда направлена так, что ее вектор образует прямой угол с направлениями скорости частицы и магнитного поля. Потому и способна она сыграть роль центростремительной силы, необходимой для движения по кругу. Так и движутся частицы.
В камере Вильсона, заполненной разреженным газом, частицам вольно гулять по причудливым траекториям. А в твердом теле? Сможет ли, например, сила Лоренца закружить свободный электрон в металле, если металл поместить в сильное манитное поле? Казалось бы, тепловое движение собьет электрон с кругового пути. Однако это препятствие можно обойти, охладив металл: холод подавит тепловое движение.

И тогда обнаружится любопытное явление: металл перестает быть проводником тока! Проводимость поперек магнитного поля чрезвычайно низка, потому что, кружась на место, электроны не способны переносить заряд. Металл хорошо проводит ток только вдоль поля: электроны могут двигаться по спиральным траекториям, навитым на магнитные силовые линии.

Но, оказывается, из этого правила есть исключения

Реальные кристаллы, как правило, состоят из хаотически перемешанных кристаллитов — кусочков со строго выдержанной структурой. Общепринятый для реальных кристаллов термин «поликристалл» хорошо отражает эту структурную особенность. В поликристалле найдутся такие кристаллиты, в которых ток может течь и поперек поля. Такая возможность связана с удачной ориентацией кристаллографических плоскостей: электроны движутся прыжками, отражаясь от них. Долю таких кристаллитов обозначим через с, их характерный размер — через а.

Теперь все готово для того, чтобы объяснить любопытный парадокс, обнаруженный Ю. А. Дрейзиным и А. М. Дыхне (Институт атомной энергии, Москва).
Вот в чем он заключается. Берутся две золотые пластинки (структура золота — поликристаллическая) и включаются в цепь. Затем пластинки складываются. Проводимость цепи резко возрастает.

Почему?
Нетрудно представить, как может протекать ток по поликристаллу: для этого необходимо, чтобы под или над кристаллитом с проводимостью поперек поля нашелся другой такой же, чуть смещенный вдоль направления тока; над или под ним — еще один и так далее. И уж совсем наглядной картина станет, если взглянуть на нее сверху: в плане проекции таких кристаллитов должны накладываться друг на друга. А это случится тогда, когда толщина образца превысит некоторый предел, приблизительно равный а/с.

В описанном опыте толщина каждой пластинки не достигала этой величины и проводимость поперек поля была низка; суммарная же толщина пластинок превзошла указанный предел, и появилась та проводимость, которая схематически описывается рисунком во второй колонке.

Оставить комментарий