Supraleitung beim absoluten Nullpunkt

Icewind · Anmeldungsdatum: 16.01.2005 Beiträge: 121 Wohnort: Oberbayern

Ich weiss nicht obs so nen Thread hier schon mal gab, (wahrscheinlich schon) aber ich stell meine Frage trotzdem:

1. Gibts eine Supraleitung beim absoluten Nullpunkt?
Muss die Temperatur nicht wenigstens ein bisschen drüber sein?

2. Bewegen sich dann nicht nochmal die Elektronen?
(Kann ich mir nicht vorstellen)

3. Wie soll ich mir das vorstellen, das der Widerstand dann absolut 0 Ohm is.
Die Atome stehen doch immer noch in der Leitung und bremsen den Strom ein bisschen, wenn auch nicht mehr so stark, als wie wenn sie bei höheren Temperaturen stärker schwingen würden.

thx schonmal

Lancelot · Anmeldungsdatum: 22.09.2004 Beiträge: 148 Wohnort: Sachsen

lies mal hier.

http://de.wikipedia.org/wiki/Supraleiter

bishop · Moderator Anmeldungsdatum: 19.07.2004 Beiträge: 1133 Wohnort: Heidelberg

zu 1: Ne, man kann den Nullpunkt unter keinen Umständen erreichen, sich ihm aber beliebig annähern

zu 2: hat sich wohl damit erledigt^^

zu 3: Tja, man nimmt an, dass unter solchen Umständen jeweils zwei Elektronen sich zu einem Cooper Paar zusammenschliessen, welches sich sozusagen nicht mehr von den Atomen und den anderen Elektronen stören lässt. (ist jetzt etwas hops formuliert, müsste aber als Erklärung herhalten^^)

Nikolas

zu 1 mal etwas genauer:
Ein Atom das exakt die Temperatur des absoluten Nullpunkt hat, sollte sich nicht bewegen. Das heisst, die Position des Atoms ist exakt bestimmbar. Laut Heissenberg sind Ort und Impuls aber komplementäre Eigenschaften eines Mikroobjects wie einem Atom. Dadurch, dass es sich überhaupt nicht bewegt (

) muss der Impuls unendlich groß sein

. Somit ist es unmöglich, einen Körper auf den Absoluten Nullpunkt zu bringen.

bishop · Moderator Anmeldungsdatum: 19.07.2004 Beiträge: 1133 Wohnort: Heidelberg

oder so, ich wollte es nich auf die Spitze treiben^^

Der Effekt stellt sich übrigens auch bei einem Bose-Einstein- Kondensat, bei welchem sich die Teilchen wie eine einzige Wellenfunktion verhalten, diese müssten in einem lokalisationsdiagramm ja eine unendlich hohe spitze bilden, weil sich alle Teilchen an einem Ort befinden müssten, dies wird aber durch die Unschärfe verhindert, so dass sich das Kondensat über ein gewisses Volumen verteilt

dachdecker2

@Tox: Die heisenbergsche Unschärferelation legt nicht den Impuls oder irgend etwas mit dem Objekt zusammenhängendes fest, nur die mögliche Messgenauigkeit für zwei geleichzeitig zu messende (komplementäre) Größen wie Ort/Impuls, Energie/Zeit ...

Schon vor Jahren war der Temperaturrekord (hier in Dresden/Sachsen *strahl*) bei <10^(-9) K - total geil, wie man sowas erreichen kann. Ich bin begeistert.

Dabei stehen die Atome schon absolut still, der mit dieser Temperatur zusammenhängende Energieinhalt sind nur noch Anregungszustände in den Kernbestandteilen.

Lancelot · Anmeldungsdatum: 22.09.2004 Beiträge: 148 Wohnort: Sachsen

aber wie kommt man zu so einer tiefen temperatur, ich mein da ja jeder rand des systems wärme abstrahlt. grübelnd

dachdecker2

nein

da Energie gequantelt ist, kann Strahlung nicht bei beliebig niedriger Temperatur abgestrahlt werden - also muss man erstmal ein Gefäß basteln, dass nicht (oder kaum) strahlt.

Die Verfahren zur Kühlung hab ich irendwo stehen... dauert aber einen Moment Augenzwinkern

dachdecker2

den Zettel finde ich nicht mehr, aber ich hab eine Internetseite mit dem gleichen Inhalt gefunden: http://www.hochschulstellenmarkt.de/info/m/ma/magnetische_ka_hlung.html

damit kann man fortfahren, wenn man mit gaskühlung bereits auf wenige Kelvin gekommen ist.

Icewind · Anmeldungsdatum: 16.01.2005 Beiträge: 121 Wohnort: Oberbayern

ok ihr schweift ein bisschen ab smile

habs aber so ansatzweise kapiert.

jetz muss mir nur noch einer erklären was ein cooperpaar ist und wieso das nich von den in der leitung stehenden atomen gebremst werden soll.

uuuun noch wie man supraleitung bei ca. -130 grad celsius schon erreichen kann (gibts ja auch schon)

bishop · Moderator Anmeldungsdatum: 19.07.2004 Beiträge: 1133 Wohnort: Heidelberg

mhm sagt dir der Begriff Boson und Fermion etwas? Wenn ja, dann ist ein Elektron ein Fermion und ein Cooperpaar ein (virtuelles) Boson. Ich glaube übrigens, dass man die Vorstellung den Widerstand gibt es, weil die Elektronen von den Atomen gebremst werden in der quantenphysik komplett wegwerfen kann, sie werden zwar behindert aber nicht so, dass sie sich einfach in den Weg stellen. Das erklärt dann nämlich auch die Hochtemperatur- Supraleitung, weil sich die Atome ja eigentlich zu stark bewegen und die Elektrone so "stören" müssten, die "Cooper" theorie sagt ja theoretisch auch supraleitung bei Zimmertemperatur voraus, wobei die "klassische" Vorstellung schon mit den -130° stark zu kauen hat

Icewind · Anmeldungsdatum: 16.01.2005 Beiträge: 121 Wohnort: Oberbayern

das das modell mit den elektronen die an atomen anrempeln in der quantenphysik wegwerfen kann dacht ich mir schon fast smile

und ja ich hab schon was von fermionen (teilchen mit halbzahligem spin) und bosonen (teilchen mit ganzzahligem spin) in nem buch von hawking gelesen.

was fürn spin hat ein elektron? und wie können sich 2 elektronen zu einem virtuellen boson (wie du sagtest) vereinigen? und wieso hebt das den widerstand auf?

irgendne modellvorstellung hier die das anschaulicher erklären kann?

bishop · Moderator Anmeldungsdatum: 19.07.2004 Beiträge: 1133 Wohnort: Heidelberg

also mein Wissen darüber ist auch recht begrenzt, aber ich versuchs mal:
Das Wichtige an den Bosonen und Fermionen ist die Tatsache, dass in einem quantenmechanischen System niemals 2 oder mehr Fermionen den selben Zustand einnehmen dürfen, während bei Bosonen dies nicht der Fall sind, sie dürfen alle z.B an ein und dem selben physikalischen Ort sein, wie eindruksvoll am Bose-Einstein Kondensat gezeigt.
Jetzt weiss ich nicht ob das so stimmt, aber nehmen wir an ein Elektron läuft durch ein Metall. Irgendwann kommt es in eine Region, wo sein Energiezustand schon besetzt ist, es kommt also nicht weiter und muss entweder seine Energie verändern, oder aber an Ort und Stelle verweilen, und beides stört den Stromfluss. Wenn sich aber zwei Elektronen "an den Händen fassen" und so ihren Spin auf den eines Bosons aufaddieren, kann es ihnen egal sein, ob ihr Energiezustand schon besetzt ist, sie können als Boson störungsfrei durchrutschen, bis sie an die Kathode kommen und sich dort wieder trennen.
Vielleicht hilft dir das etwas smile

Icewind · Anmeldungsdatum: 16.01.2005 Beiträge: 121 Wohnort: Oberbayern

hm garnich mal schlecht die erklärung. das kapier ja sogar ich =)

gibts el. widerstand also nur weil 2 elektronen niemals den selben zustand einnehmen dürfen und deshalb ihren zustand ständig verändern?
(so habs ich zumindest verstanden)

wenns dir nix ausmacht würd ich gern weiterfragen smile

warum dürfen 2 fermionen nie denselben zustand haben, 2 bosonen aber schon?
und du sagtest in einem quantenmechanischen system dürfen nie 2 fermionen denselben zustand haben. wann ist das system aus und ein neues beginnt? da wo die stromleitung aus ist? oder ist das ganze universum ein einziges system?

bishop · Moderator Anmeldungsdatum: 19.07.2004 Beiträge: 1133 Wohnort: Heidelberg

tja, da ist das Problem, ich weiss es selber nicht so genau, aber ich nehme an der Widerstand basiert eben auf dieser Tatsache...

Hmm ein System ist zum Beispiel ein Atom, dort dürfen auch nicht die Elektronen den selben Zustand einnehmen, deswegen hat die unterste Schale nur zwei Elektronen, die gegenläufig polarisiert sind. Die Grenze würde ich vllt da beschreiben, wo eben zwei Elektronen denselben zustand haben, also müssen sie zu zwei verschiedenen Systemen gehören^^

Das ist so in etwa mein Wissen gepaart mit ein Paar eigenen Überlegungen, also bitte nich als der Weisheit letzten Schluss nehmen, sicher ist eben nur der Charakter der Elektronen der Rest steht eher auf wackeligen Beinen Augenzwinkern

Und das mit dem dass zwei Bosonen trotzdem denselben Zustand haben, Fermionen aber nich.. denk das kann man Mathematisch zeigen, weiss aber nicht wie Buschmann

Dr.Oleg · Anmeldungsdatum: 25.01.2005 Beiträge: 98 Wohnort: Dresden

@Icewind: Ich musste einmal eine wissensc haftliche Pojektarbeit zum Thema schreiben(genauer gesagt ich bin noch dabei). Alleine die QUALITATIVE Erklärung für das Phänomen der KLASSISCHEN Supraleitung nimmt bei mir 5-6 A4 Seiten Schriftgröße 12 ein. Da schon einiges erklärt wurde, versuche ich noch mal die Sache mit den Cooper-Paaren zu erklären, obwohl die bisherigen Ausfühungen schon in die richtige Richtung gehen.

Elektrischer Widerstand entsteht durch Wechselwirkung mit anderen Elektronen. Um zu Wechselwirken müssen Teilchen nach der Quantentheorie einen anderen Quantenzustand einnehmen(also ein anderes Energielevl). Als Fermionen sind alle unteren Energiezustände besetzt. Außerdem sind die Elektronen auf bestimmte Energiebänder verteilt...Um es kurz zu machen es gibt nur eine bestimmte Anzahl von Elektronen, die sich alle auf der Fermi-Kante befinden, die überhaupt Wechselwirken können, weil ihre benachbarten Energiezustände frei sind. Das sind auch die einzigsten Elektronen, die zum Stromfluss beitragen. Über Gitterschwingungen(Phononen) können diese Elektronen miteinander Wechselwirken. Es können auch zwei Elektronen, mit gleicher Energie und entgegengesetztem Spin, die sich auf derselben Bahn bewegen(auf jedes Energieniveau passen zwei Fermionen mit entgegengesetztem Spin) so mit einander Wechselwirken, dass sie wie eine Teilchen wirken. Das Cooper-Paar. Weil der Gesamtspin und der Impuls dieses Teilchen nun 0 beträgt, ist es wie schon gesagt ein Boson und deswegen gilt dieses und jenes.
Das wichtige ist, dass dieser Zustand der Elektronen als ein Teilchen energetisch günstiger ist, als der Normalzustand(siehe Bose-Einstein-Statistik). Um jetzt mit irgendetwas, außer dem korrelierten Elektronen"partner" zu Wechselwirken, müsste das Elektron die Bindung aufbrechen und einen anderen Quantenzustand einnehmen(siehe oben). Dazu ist aber ein bestimmter Betrag Energie notwendig, nämlich die Bindungsenergie des Cooper-Teilchens, die über die entstandene sogenannte Energielücke berechnet werden kann. Und solange die nicht zugeführt wird(z.B. durch die Umgebungstemperatur) kann dieses Teilchen nicht mit anderen Wechselwirken. Legt man nun eine elektrisches Feld an, dann erhalten die Cooper-Paare alle denselben Impuls(vorher 0) und können Ladungen transportieren, ohne dass diese Ladungen Wechselwirken können. Der widerstandslose Ladungstransport.

PS: Alles natürlich sehr populär wissenschaftlich also nicht zu ernst nehmen. Vollständig und quantitativ habe nicht mal ich die Grundlage der Suprlaleitung verstanden. Die Theorie mit der Elektron-Phonon-Wechselwirkung nennt sich BCS-Theorie(nachzulesen bei Wikipedia).

Icewind · Anmeldungsdatum: 16.01.2005 Beiträge: 121 Wohnort: Oberbayern

mit jedem post werd ich ein stück klüger.
das mit dem cooperpaar kapier ich jetz so grundsätzlich glaub ich.

und mir fällt gleich n ganzer fragenkatalog dazu ein:

erstma grundsätzlich zur wechselwirkung: wie darf ich das verstehen, dass die elektronen n anderes energielvl einnehmen? hüpfen die ne schale höher?? (wenig sinnvoll oder), es leiten doch nur die freien elektronen? (oder auch die in der atomschale? wär mir neu) wie können freien mehr energie haben? höhere frequenz?
was heisst " als fermionen sind alle unteren energiezustände besetzt" wieviel zustände gibtsn da?
[was is wechselwirkung überhaupt genau]

zur bcs-theorie find ich bei wikipedia nur
Der Banking Communication Standard (BCS) ist ein Standardverfahren für elektronische Unterschriften beim Onlinebanking. smile

aber das muss ich eh noch nich checken

meinst es is hilfreich wenn ich deine facharbeit bekommen könnte?
vielleicht fehlts mir da auch zu sehr an grundwissen würds aber trotzdem gerne lesen

bishop · Moderator Anmeldungsdatum: 19.07.2004 Beiträge: 1133 Wohnort: Heidelberg

denke nicht, dass du sonderlich weit damit fährst, aber anschaun lohnt sich sicher, vllt bekommst sie ja^^

mhm Elektronen haben wenn sie gebunden sind weniger Energie, als wenn sie frei sind. Ist so ähnlich wie bei der Fusion, wo dann Energie herauskommt, das ist eben die die frei wird weil das enstadene Teilchen eine geringere Energie als die zwei Deuteriumatome davor zusammen hatten.

Wechselwirkung ist Impuls/Ladungsaustausch und alles in diese Richtung.

Teilchen können ja verschiedene Energieniveaus einnehmen. Sie können Energie auf und abnehmen, allerdings muss diese ein ganzzahliges Vielfaches von dem Plankschen Wirkungsquantum sein, eben in Paketen ankommen. Diese können die Elektronen aufnehmen und eine höhere Energie haben, im Atom ist jeder Schale ein bestimmtes Energieniveau haben, freie Elektronen können auch mehr haben, aber die Energie muss eben in diesen Paketen ankommen.

Dr.Oleg · Anmeldungsdatum: 25.01.2005 Beiträge: 98 Wohnort: Dresden

@Icewind: Ich würde sie gerne ersteinmal fertig machen und abgeben/bzw. meinem Dr. zu lesen geben. Wenn du danach immer noch Interesse hast, schicke ich sie dir gerne zu(gegen einen kleinen Obulus von... Fröhlich

@Wechselwirkung: Grob definiert bedeuted das, dass zwei Teilchen sich gegenseitig "spüren" und sie(ihre Eigenschaften) auf einander wirken. Weiß nicht so genau, was du an dem Begriff Wechselwirkung nicht verstehst.

Icewind · Anmeldungsdatum: 16.01.2005 Beiträge: 121 Wohnort: Oberbayern

klar würd ich sie gerne bekommen, wenn sie fertig ist.
für was schreibst du die arbeit? etechnikstudium?

para · Moderator Anmeldungsdatum: 02.10.2004 Beiträge: 2874 Wohnort: Dresden

Die glücklichen Kinder im vertieften Profil an unserer Schule (ne ne, is echt was feines) schreiben alle eine Facharbeit in der 11. Klasse, um gegebenenfalls in der 12 eine BeLL daraus zu machen. Ich schreibe zum Beispiel über Ferroelektrika.

Dr.Oleg · Anmeldungsdatum: 25.01.2005 Beiträge: 98 Wohnort: Dresden

bishop · Moderator Anmeldungsdatum: 19.07.2004 Beiträge: 1133 Wohnort: Heidelberg

ja sicher, da ein Teilchen in der Quantenphysik nichts weiter als ein Energiepaket in einem Feld ist, können zwei Elektronen miteinander interferieren und eine neue Funktion bilden, die sich eben wie ein Boson verhält.