Спочатку — сила Лоренца. Тієї сили, що не дає зарядженій частинці рухатися по прямих шляхах в магнітному полі. Тієї сили, що завиває траєкторії заряджених частинок у камері Вільсона і дозволяє досліднику визначити швидкість і заряд частинок.
Звідки ж ці викривлення та завитки? Погляньте на малюнок: сила Лоренца завжди спрямована так, що її вектор утворює прямий кут із напрямками швидкості частки та магнітного поля. Тому і здатна вона зіграти роль доцентрової сили, необхідної для руху по колу. Так і рухаються частки.
У камері Вільсона, заповненій розрідженим газом, часткам вільно гуляти химерними траєкторіями. А у твердому тілі? Чи зможе, наприклад, сила Лоренца закружляти вільний електрон у металі, якщо метал помістити у сильне манітне поле? Здавалося б, тепловий рух зіб'є електрон із кругового шляху. Однак цю перешкоду можна обійти, охолодивши метал: холод придушить тепловий рух.
І тоді з'явиться цікаве явище: метал перестає бути провідником струму! Провідність упоперек магнітного поля надзвичайно низька, тому що, кружляючи на місце, електрони не здатні переносити заряд. Метал добре проводить струм лише вздовж поля: електрони можуть рухатися спіральними траєкторіями, навитими на магнітні силові лінії. Але, виявляється, із цього правила є винятки.
Винятки із правила
Реальні кристали, як правило, складаються з хаотично перемішаних кристалітів - шматочків із строго витриманою структурою. Загальноприйнятий реальних кристалів термін «полікристал» добре відбиває цю структурну особливість. У полікристалі знайдуться такі кристаліти, в яких струм може текти і впоперек поля. Така можливість пов'язана з успішною орієнтацією кристалографічних площин: електрони рухаються стрибками, відбиваючись від них. Частку таких кристалітів позначимо через с, їх характерний розмір через а.
Тепер усе готове для того, щоб пояснити цікавий парадокс, виявлений Ю. А. Дрейзіним та А. М. Дихне (Інститут атомної енергії, Москва).
Ось у чому він полягає. Беруться дві золоті платівки (структура золота — полікристалічна) і входять у ланцюг. Потім платівки складаються. Провідність ланцюга різко зростає.
Чому зростає провідність ланцюга?
Неважко уявити, як може протікати струм по полікристалу: для цього необхідно, щоб під або над кристалітом з провідністю поперек поля знайшовся інший такий самий, трохи зміщений уздовж напрямку струму; над або під ним ще один і так далі. І вже зовсім наочний картина стане, якщо поглянути на неї зверху: щодо проекції таких кристаллітів повинні накладатися один на одного. А це станеться тоді, коли товщина зразка перевищить деяку межу, приблизно рівну а/с.
В описаному досвіді товщина кожної платівки не досягала цієї величини і провідність упоперек поля була низька; сумарна товщина пластинок перевершила зазначену межу, і з'явилася та провідність, яка схематично описується малюнком у другій колонці.
Написати коментар
Коментарі