Kann das Ohmsche Gesetz in Metallen brechen?

Ich habe Purcells Elektrizität und Magnetismus als Recherche für eine andere Frage erneut gelesen und diese Passage gefunden:

In Metallen wird das Ohmsche Gesetz außerordentlich genau bis zu Stromdichten befolgt, die weit höher sind als alle, die lange aufrechterhalten werden können. Keine Abweichung wurde jemals eindeutig experimentell nachgewiesen. (Zweite Ausgabe, 1985, Abschnitt 4.5, S. 143.)

Hier müssen alle Eigenschaften des Metalls, einschließlich der Temperatur, konstant gehalten werden, und unter solchen Bedingungen gibt Purcell an, dass keine Abweichung von einer linearen Beziehung zwischen elektrischem Feld und Stromdichte nachgewiesen wurde.

Nun, dieses Buch ist relativ veraltet (zwei Seiten zurück berührt es kurz die Supraleitung und erwähnt, dass die höchste aufgezeichnete Tc 21 K beträgt), daher frage ich mich, ob die obige Tatsache, die zugegebenermaßen technologisch weniger entscheidend ist als die Supraleitung mit hoher Tc, immer noch gilt experimentell wahr ist, oder ob tatsächlich Abweichungen von der Linearität beobachtet wurden. Purcell führt dies weiter aus

Einer theoretischen Vorhersage zufolge könnten Abweichungen in der Größenordnung von 1 Prozent bei einer Stromdichte von 10 erwartet werden 9 Ampere/cm 2

obwohl ich etwas Schwierigkeiten habe zu erraten, ob wir über die Technologie verfügen, um solche Stromdichten zu erreichen.

Um es konkreter zu machen: Wurden Abweichungen vom Ohmschen Gesetz bei Metallen beobachtet? Ist dies eine aktive Frage in irgendeinem Forschungsbereich? Folgt dies aus anderen, verwandten Forschungen? Oder alternativ: Wurde die obige Vorhersage verifiziert oder falsifiziert? Haben wir Technologie, um diese Regime zu testen? (Wenn nicht, welche Bereiche sind experimentell realisierbar?) Kann jemand zusätzlich einen Verweis auf die theoretische Vorhersage liefern?

Kurze Bearbeitung: Ich habe gerade eine Probe der neuen (2013) Ausgabe von Purcell (jetzt in SI-Einheiten!) In die Hände bekommen, überarbeitet von Morin. Sie haben das Supraleitungs-Bit aktualisiert, um SCs mit hohem Tc einzubeziehen, aber die Passage des Ohmschen Gesetzes bleibt weitgehend gleich. Sie erwähnen zwar, dass die obige Stromdichte over a million times stronger than normal, aber nicht spezifizieren, was der Stand der Technik in Bezug auf die Stromdichte ist, und geben keine Hinweise auf die „theoretische Vorhersage“. Es ist wirklich schön, dass dieses Buch wieder ins SI-Leben zurückgebracht wird!

Diese Stromdichte ist äußerst schwer zu erreichen, da jeder Leiter, der klein genug ist, um den Skin-Effekt unter einem solchen Strom nicht zu erfahren, normalerweise klein genug ist, um sehr schnell darunter zu schmelzen.
Denken Sie als theoretische Überlegung daran, dass das Ohmsche Gesetz im Wesentlichen aufgrund eines Gleichgewichts zwischen Entspannung und treibender EMF auftritt. Solange also keine Abhängigkeit zwischen dem Entspannungsmechanismus und der treibenden EMF besteht, ist die Beziehung linear. Mir fällt nichts im Zusammenhang mit elektrischen Feldern ein, das sich grundlegend ändert, aber vielleicht ist es möglich, ein ausreichendes Magnetfeld zu erzeugen, um Magnetowiderstandseffekte zu erzielen? Daher könnte die 1-Prozent-Prognose kommen.
Dies ist eine sehr alte Frage, aber ich dachte, ich würde einen kleinen Kommentar hinzufügen. Obwohl es nicht so formuliert ist, wie Sie es beschreiben, ist es ein hoch geschätztes Forschungsziel, auf das "Brechen" des Ohmschen Gesetzes in Metallen hinzuarbeiten. Wenn es möglich ist, könnten Sie Transistoren aus Metallen ohne Halbleiter herstellen. Darüber hinaus wäre man in der Lage, die Elektronendichte von Supraleitern abzustimmen und möglicherweise die Übergangstemperatur der Supraleiter mit der höchsten Tc zu erhöhen. Das ist also viel wichtiger, als es auf den ersten Blick erscheinen mag.
@ user157879 Es ist eine alte Frage, aber sie ist immer noch offen und immer noch interessant. Ich bin mir nicht sicher, ob das Forschungsgebiet direkt mit der Frage zusammenhängt, aber ein Hinweis auf eine gute Überprüfung dieses Gebiets wäre dennoch wertvoll, denke ich.

Antworten (1)

Ich wünschte, ich könnte einfach einen Kommentar hinterlassen, aber nicht genug Wiederholung. :-(

In Supraleitern gibt es sowieso ein kritisches äußeres Magnetfeld, bei dessen Überschreitung das Material nicht mehr supraleitend ist. Etwas über das externe Feld, das die Bildung von Kupferpaaren verhindert (jemand kann dies vielleicht besser erklären). Wenn also der Strom in einem Kabel so groß ist, dass das erzeugte Magnetfeld das kritische Feld im Kabel selbst überschreitet (eine Art Selbstwechselwirkung), steigt der Widerstand, selbst wenn das Material auf derselben Temperatur gehalten wird. Ich weiß nicht, ob dies als Verstoß gegen das Ohmsche Gesetz angesehen wird. Der Wert des kritischen äußeren Feldes nimmt mit sinkender Temperatur zu. Aus diesem Grund wird beim LHC superflüssiges Helium bei 2 K verwendet, um die Spulen zu kühlen, anstatt herkömmliches siedendes Helium bei 4,2 K.

Nur ein Gedanke...

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