Звичайно, в наших школах здійснити описувані далі досліди складніше. Багато компонентів і інструменти нам менш доступні.
Отже, перш за все ми пропонуємо навчитися виготовляти надпровідник складу Y-Ва-Сu-О. В якості вихідних компонентів знадобляться окис ітрію Y2 O3. вуглекислий барій ВаСО3 і окис міді СuО.
Візьміть 1,13 г окису ітрію, 3,95 г вуглекислого барію і 2,39 г окису міді.
Перемішайте, а потім потовчіть в порошок в ступці.
Отриману суміш отожгіте - протримаєте в печі при температурі 950 ° С приблизно 12 годин.
Охолодіть отриманий грудку і знову потовчіть його в ступці.
Спресуйте порошок в таблетки (може бути, згодом для проведення будь-яких дослідів знадобляться інші форми, наприклад кільця).
Знову отожгіте отримані таблетки при тій же температурі і протягом того ж часу, однак тепер з обов'язковим поданням в піч кисню.
Повільно охолодіть таблетки - швидкість зниження температури не повинна перевищувати 100 град / ч.
Зауваження по техніці безпеки
Як сам матеріал надпровідника Y-Ва-Сu-О, так і вихідні компоненти не належать до числа отруйних речовин. Однак при роботі з ними необхідно дотримуватися певних правил. Потрібно використовувати захисні окуляри, рукавички, а при подрібненні компонентів в ступці обов'язково надягати марлеві пов'язки на рот. Вдихати пил вуглекислого барію і окису міді шкідливо. Проводьте всі операції в приміщенні, обладнаному витяжкою, - це, втім, обов'язковий елемент обладнання будь-якої хімічної лабораторії, в тому числі шкільної.
Зауваження до рецепту
Зазначені кількості вихідних компонентів дозволяють отримати близько 7 г надпровідника Y-Ва-Сu-О, або близько 5 таблеток діаметром 1 см і товщиною 1 мм. Нижче ми розповімо про досліди, які можна провести з ними, а зараз про деякі труднощі, що зустрічаються при виготовленні.
Вихідні компоненти не належать до числа рідкісних. Їх напевно можна отримати в різних наукових установах, а також на багатьох підприємствах в порядку шефської допомоги. Отримати описуваний надпровідник можна за простішою схемою і з інших компонентів, проте краще починати з наведеного рецепта. Для відпалу можна використовувати піч, призначену для виготовлення кераміки. Такі печі є в багатьох гуртках кераміки і в художніх студіях. Справа в тому, що виготовлений надпровідник також є кераміку, як і деякі знайомі предмети домашнього вжитку. Тільки нам потрібна кераміка-метал, тому таблетки будуть іншого кольору - чорні.
Досить суттєво підтримання температури відпалу. Робота буде марною, якщо температура відпалу опуститься нижче 900 ° С. Перевищення робочої температури на 100 градусів призведе до розплавлення суміші. Тоді доведеться її знову потовкти і почати все спочатку. Так що треба попередньо перевірити термометр печі, зазвичай він показує далекі від справжніх значення.
Дуже важливо повільно охолоджувати виготовлені таблетки: швидке охолодження веде до втрати кисню. Таким чином, спочатку цикл отжиг-охолодження буде займати 20 годин. Необхідно організувати нічні чергування.
При виготовленні знадобиться також прес. Оцінка показує, що потрібно розвивати зусилля в 7 тисяч кгс на таблетку діаметром близько 1 см, щоб отримати хороший зразок. Мабуть, таблетки вдасться спресувати навіть за допомогою саморобного гвинтового преса.
Варто звернути увагу також на вибір тигля, в якому віджигається матеріал. Металевий тигель здатний реагувати з надпровідників, іноді з небажаними наслідками. До тих самих наслідків приведуть домішки в суміші вихідних матеріалів. Наприклад, 2-3% домішки атомів заліза замість міді ведуть до придушення надпровідності.
Що робити з виготовленими таблетками
Звичайно, можна переконатися в різкому падінні опору при надпровідному переході. Однак за допомогою стандартних приладів шкільної лабораторії навряд чи вдасться за величиною опору відрізнити надпровідний зразок від мідного. Значно наочніше демонстрація ефекту Мейснера.
Безпосередньо для дослідів зручно наливати азот в неглибокі пінопластові кювети (можна використовувати для цього пінопластові кришки від упаковки приладів і деяких побутових виробів). У рідкий азот не можна тільки пхати пальці, а в іншому він практично безпечний в роботі.
Найпростіший досвід полягає в тому, що неохолодженого в азоті таблетка спокійно лежить на магніті, ніяк не реагуючи на магнітне поле, а охолоджена висить над ним. Можна придумати різні варіанти цього досвіду, в тому числі дуже вражаючі.
Положення таблетки над одним полюсом магніту нестійкий. Вона як би знаходиться на вершині слизькій гірки і досить легко зісковзує в бік. З кількох магнітів виходить така конфігурація магнітного поля, що таблетка знаходиться як би в "улоговинці". Тоді її можна не тільки підвісити, а й закрутити в повітрі.
Оскільки тертя об повітря мало, таблетка крутиться до тих пір, поки підвищується температура не досягне Тс (температури переходу в нормальний стан). Тоді таблетка просто впаде на магніти.
Ще більш ефектні досліди можна провести при більш складної конфігурації магнітного поля. Якщо влаштувати "улоговинку" довгу, то таблетка зможе рухатися уздовж неї при найменшому поштовху і здійснювати досить довгі подорожі по звивистій доріжці. Після охолодження в рідкому азоті таблетка зберігає надпровідність на повітрі при кімнатній температурі близько хвилини. Більш тривалі досліди потрібно проводити в парах рідкого азоту. З точки зору зручності охолодження левітації простіше демонструвати "навпаки": підвішувати шматочок магніту над лежить в кюветі з рідким азотом таблеткою надпровідника.