תעלומות של זרמים חוצים - אפקט ההיכל

בסוף המאה שעברה גילה סטודנט צעיר לפיזיקה אמריקנית אדווין הול גילוי שנכנס לשמו בספרי הלימוד לפיזיקה. הוא ערך ניסוי "סטודנט" פשוט - הוא בחן את התפשטות הזרם בלוח מתכת דק שהונח בין קטבים של אלקטרומגנט חזק. סטודנטים מכל האוניברסיטאות עוברים תרגול מעבדה, שם מלמדים אותם בעזרת דוגמאות פשוטות את מיומנות הניסוי. אז זה היה הפעם. סטודנט צנוע לא יכול היה לדמיין כי החוויה הפשוטה שלו תוליד מפולת מחקר, שחלקה יסומן בפרס המדעי הנכבד ביותר - פרס נובל.

המכשיר שאיתו עבד הול כלל שני מעגלים חשמליים מסודרים לרוחב - כך הם קושרים קופסת ממתקים עם סרט. השרשראות היו שונות זו מזו בכך שאחת מהן הכילה סוללה חשמלית והזרם ממנה עבר לאורך הצלחת, והשני, רוחבי, לא היה מקורות זרם ופשוט חיבר את קצוות הפלטה.

כצפוי, במקרה בו כיבוי האלקטרומגנט, המכשירים רשמו את זרימת הזרם רק לאורך הצלחת - במעגל עם הסוללה - והיעדרו במעגל הרוחבי "הריק". אין פלא. עם זאת, ברגע שהאלקטרומגנט נדלק, במעגל הרוחבי, כאילו יש מאין, הופיע זרם חשמלי מעצמו. זה היה מעניין, אבל לא היה כאן שום נס - הסבר נמצא די מהר. אלקטרונים הנעים בשרשרת אורכית מושפעים מכוח לורנץ, הידוע בספר הלימוד של בית הספר, אשר מסיט את האלקטרונים בכיוון הרוחבי, אשר ייצר זרם קטן בשרשרת הרוחבית - הכל פשוט יסודי.

במשך יותר מחצי מאה, נשכח למחצה, תופעה זו נותרה בעורף המדע הגופני. טבול את זה בארכיונים על ידי מומחים במיקרואלקטרוניקה. תחילה התברר שאם מכשירי המדידה הגסים של תקופת ההיכל היו מוחלפים במודרניים, אז ניתן להשתמש בתופעה שהתגלתה על ידו כדי לספור את מספר החלקיקים הטעונים שתנועתם מייצרת זרם חשמלי, וזה מאוד חשוב עבור מעצבי טרנזיסטורים עם רעש נמוך ומכשירים מיקרואלקטרוניים רגישים במיוחד העובדים עם חלשים מאוד זרמים ושדות מגנטיים.

 

אפקט הול נחקר בקפידה, ולא חסך מאמץ לשיפור הדיוק. המקום השלישי, הרביעי, החמישי העשרוני בסולם הכלי של מכשירי מדידה ... והנה, במבט ראשון, פשוט הופיעו תופעות מדהימות.

התוצאה המדהימה הראשונה הושגה לפני עשרים שנה, בסוף שנות השבעים, בניסויים עם מעגלי מוליכים למחצה בשדה מגנטי חזק בטמפרטורות נמוכות מאוד, מרחק של כמה מעלות בלבד מ"אפס מוחלט "- 273 מעלות צלזיוס, כאשר החומר קופא כל כך עד ש חדלים, כל התנועות המולקולריות קופאות. כך שאם בטמפרטורות רגילות הקרובות לטמפרטורת החדר, ההתנגדות החשמלית במעגל עם "זרם ההיכל" עולה בהדרגה עם שדה מגנטי הולך וגובר, אז מסיבה כלשהי בסמוך לטמפרטורה האפסית היא משתנה צעד צעד - כאילו נתיב חלק שלאורכו עוברים חלקיקי זרם, פתאום הוחלף על ידי סלולה עם מדרכות בליטות עמוקות. הקימורים החלקים עליהם רשמו המקליטים מוחלפים לסירוגין בסולם "סולם" שגובה המדרגות שלו שווה לקבץ קבוע המחולק במספרים n = 1, 2, 3 וכן הלאה.

ומה שמפתיע עוד יותר - בכל שלב ההתנגדות במעגל הזרם האורך יורדת לאפס, כלומר עבור הזרם האורך החומר הופך למוליך-על - האלקטרונים מתגלגלים ללא שום התנגדות, אך במפרקים, כאשר עוברים משלב לשלב, ההתנגדות קופצת בחדות ומוליכות-על. נעלם מייד.כל זה נראה כמו איזושהי בלבול - כמו שאומרים, הכל התערבב בבית Oblonsky!

איך להסביר התנהגות כל כך מוזרה של זרמים חוצים? מדוע הם מתנהגים בדרכים שונות לחלוטין? האלקטרודינמיקה התבררה כחסרת אונים מול החידה הזו ... אנו רגילים לעובדה שתופעות מסתוריות מתרחשות בניסויים מורכבים עם חלקיקים אלמנטריים או עמוק בחלל כשמדובר בחורים שחורים, גלקסיות מתפוצצות וחפצים אחרים שמדהים את דמיוננו, והנה רק ניסויים עם התנגדות וזרמים. לאורך ומעבר לאזור המטופח ו - עליכם!

V. Barashenkov, E. Kapustsik

Comments

[#1]

זה מאוד אינפורמטיבי ומעניין, לא ידעתי שיש כמה חשמליות במקומות החשמלאים, מבחינתי הכל נראה מסווג ונלמד, מסתבר שלא. ובכל זאת, אנו רחוקים מהבנה מלאה של תופעות טבע, ודמיינו את עצמנו כבוראי גורלה. אתר שימושי מאוד, קראתי אותך בקביעות.

[#2 אולג]

אבל האם זה אפקט הול קוונטי)