Meissner-efekti

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 21.11.2020 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .

Meissner -ilmiö , Meissner-ilmiö ( saksasta Meißner ) - magneettikentän täydellinen siirtyminen johtimen tilavuudesta sen siirtyessä suprajohtavaan tilaan . Ilmiön havaitsivat ensimmäisen kerran vuonna 1933 saksalaiset fyysikot W. Meisner ja R. Oksenfeld .

Fyysinen selitys

Kun suprajohde jäähdytetään ulkoisessa vakiomagneettikentässä, suprajohtavaan tilaan siirtymishetkellä magneettikenttä siirtyy kokonaan tilavuudestaan. Tämä erottaa suprajohteen laadullisesti "tavallisesta" materiaalista, jolla on korkea johtavuus.

Magneettikentän puuttuminen johtimen tilavuudesta antaa meille mahdollisuuden päätellä magneettikentän yleisistä laeista, että siinä on vain pintavirta. Se on fyysisesti todellinen ja peittää ohuen kerroksen lähellä pintaa. Esimerkiksi ulkoiseen kenttään (katso kuva) sijoitetun pallon tapauksessa tämä virta muodostuu pinnanläheisessä kerroksessa liikkuvien varauksenkuljettajien avulla pitkin rengasmaisia lentoratoja, jotka ovat kohtisuorassa kuvion ja kuvion tasoon nähden. kenttä äärettömyydessä (renkaiden säde vaihtelee keskellä olevan pallon säteestä nollaan ylä- ja alaosaan).

Ihanteellisen johtavuuden roolina on, että esiintuleva pintavirta virtaa hajoamattomana ja loputtomasti - äärellisellä resistanssilla väliaine ei pystyisi reagoimaan kentän sovellukseen tällä tavalla.

Muodostetun virran magneettikenttä kompensoi ulkoisen kentän suprajohteen paksuudessa (analogia sähkökentän suojauksen kanssa metallipinnalle indusoidulla varauksella on sopiva). Tässä suhteessa suprajohde käyttäytyy muodollisesti kuin ihanteellinen diamagneetti . Se ei kuitenkaan ole diamagneetti, koska sen sisällä oleva magnetointi on nolla. Fyysisesti voisi puhua ihanteellisesta diamagneetista, jos magneettikentän paikallisella voimakkuudella väliaineen permeabiliteetti osoittautuisi nollaksi - mutta suprajohteessa vahvuus ja kaikki argumentit sen ominaisuuksista magneettina menetetään. niiden merkitys. $H\neq 0$ $B = 0$ $\mu$ $H = 0$

Meissner-ilmiön luonteen selittivät ensin veljekset Fritz ja Heinz London Lontoon yhtälön avulla . He osoittivat, että suprajohteessa kenttä tunkeutuu kiinteään syvyyteen pinnasta - Lontoon magneettikentän tunkeutumissyvyyteen . Metalleille µm. $\lambda$ ${\displaystyle \lambda \sim 10^{-2))$

Tyypin I ja II suprajohteet

Puhtaita aineita, joissa suprajohtavuusilmiötä havaitaan, ei ole lukuisia. Suprajohtavuutta esiintyy useammin seoksissa. Puhtailla aineilla tapahtuu täysi Meissner-ilmiö, kun taas metalliseoksilla magneettikenttä ei poistu kokonaan tilavuudesta (osittainen Meissner-ilmiö). Aineita, joilla on täysi Meissner-ilmiö, kutsutaan tyypin I suprajohtimiksi ja osittaisia tyypin II suprajohtimiksi. On kuitenkin syytä huomata, että pienissä magneettikentissä kaikentyyppisissä suprajohteissa on täysi Meissner-ilmiö.

Tilavuuden toisen tyyppisillä suprajohtimilla on pyöreät virrat, jotka luovat magneettikentän, joka ei kuitenkaan täytä koko tilavuutta, vaan jakautuu siihen Abrikosovin pyörteiden erillisinä säikeinä . Mitä tulee vastukseen, se on yhtä suuri kuin nolla, kuten ensimmäisen tyyppisissä suprajohtimissa, vaikka pyörteiden liike nykyisen virran vaikutuksesta luo tehokkaan vastuksen dissipatiivisten häviöiden muodossa magneettivuon liikkeelle suprajohteen sisällä. , joka vältetään tuomalla suprajohteiden rakenteeseen vikoja - kiinnityskeskuksia , joihin pyörteet "tarttuvat".

"Mohammedin arkku"

"Mohammedin arkku" - koe, joka osoittaa Meissner-ilmiön suprajohtimissa [1] .

Nimen alkuperä

Legendan mukaan arkku profeetta Muhammedin ruumiineen riippui avaruudessa ilman tukea, joten tätä kokeilua kutsutaan "Muhammedin arkuksi".

Kokemusselostus

Suprajohtavuus on olemassa vain matalissa lämpötiloissa ( HTSC- keramiikassa - alle 150 K lämpötiloissa ), joten ainetta esijäähdytetään esimerkiksi nestemäisellä typellä . Seuraavaksi magneetti asetetaan tasaisen suprajohteen pinnalle. Jopa kentissä, joiden magneettinen induktio on 0,001 T , magneetti siirtyy huomattavasti ylöspäin sentin luokkaa. Kun kenttä kasvaa kriittiseen kenttään, magneetti nousee yhä korkeammalle.

Selitys

Yksi suprajohteiden ominaisuuksista on magneettikentän karkottaminen suprajohtavan vaiheen alueelta. Liikkumattomasta suprajohteesta alkaen magneetti "kelluu" itse ja jatkaa "kellumista", kunnes ulkoiset olosuhteet poistavat suprajohteen suprajohtavasta vaiheesta. Tämän vaikutuksen seurauksena suprajohtetta lähestyvä magneetti "näkee" saman napaisuuden ja täsmälleen samankokoisen magneetin - mikä aiheuttaa levitaation.

Muistiinpanot

↑ Yu. Martynenko Ongelmista kappaleiden levitaatioon voimakentillä (1996). Haettu 9. huhtikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 16. elokuuta 2010. (määrätön)

Kirjallisuus

de Genenes P.-J. Metallien ja metalliseosten suprajohtavuus. — M .: Mir , 1968. — 280 s.
Martynenko Yu. G. Kehojen levitaatioongelmista voimakentillä // Soros Educational Journal . - 1996. - Nro 3 . - S. 82-86 . Arkistoitu alkuperäisestä 2. huhtikuuta 2015.
Matveev A.N. Sähkö ja magnetismi. - M . : Korkeakoulu , 1983. - 463 s.