În 1933, fizicienii germani Robert Ochsenfeld și Walther Meißner au făcut o descoperire revoluționară cunoscută sub numele de Efectul Meissner. Investigația lor a implicat măsurarea distribuției câmpului magnetic din jurul probelor supraconductoare de staniu și plumb. După răcirea acestor probe sub temperatura lor de tranziție supraconductivă și supunerea lor la un câmp magnetic, Ochsenfeld și Meißner au observat un fenomen remarcabil. Câmpul magnetic din afara probelor a crescut, indicând expulzarea câmpului magnetic din interiorul probelor. Acest fenomen, în care un supraconductor prezintă puțin sau deloc câmp magnetic în el, este numit starea Meissner. Cu toate acestea, această stare este susceptibilă de defalcare sub influența câmpurilor magnetice puternice. Acest articol oferă o prezentare generală a efectului Meissner, a mecanismelor sale și a aplicațiilor sale practice.
Ce este efectul Meissner?
Efectul Meissner este expulzarea câmpului magnetic din a supraconductor în timpul trecerii sale în starea supraconductoare ori de câte ori este răcit la o temperatură critică. Această expulzare a câmpului magnetic va rezista unui magnet din apropiere și starea Meissner se va descompune ori de câte ori câmpul magnetic aplicat este foarte puternic.
Supraconductorii sunt disponibili în două clase, în funcție de modul în care se întâmplă defecțiuni, cum ar fi tipul I și tipul II. Tipul I sunt cei mai puri supraconductori elementari, în afară de nanotuburi de carbon și niobiu, în timp ce tipul II sunt aproape toți supraconductori compuși și impuri.
Efectul Meissner în supraconductor
Ori de câte ori supraconductorii sunt răciți la o temperatură critică, atunci ei elimină câmpul magnetic și nu lasă câmpul magnetic să intre în interiorul lor, așa că acest fenomen din supraconductori este cunoscut sub numele de efectul Meissner.
Ori de câte ori un material supraconductor se răcește la temperatura sa critică, atunci se transformă într-o stare supraconductivă, astfel încât electronii materialului formează perechi numite Cooper perechi. Aceste perechi se deplasează fără nicio rezistență pe tot materialul. În același timp, materialul prezintă diamagnetism ideal pentru a respinge câmpurile magnetice.
Această repulsie poate face ca liniile câmpului magnetic să se îndoaie aproximativ supraconductorul pentru a crea un curent de suprafață care anulează cu precizie câmpul magnetic exterior din material, astfel, câmpul magnetic este evacuat eficient din supraconductor și are loc efectul Meissner.
Exemplul efectului Meissner este prezentat în figura următoare. Această stare Meissner se întrerupe ori de câte ori câmpul magnetic crește dincolo de o valoare fixă și proba se comportă ca un conductor normal.
Deci, această anumită valoare a câmpului magnetic dincolo de care supraconductorul revine la starea sa normală este cunoscută sub numele de Câmp magnetic critic. Aici, valoarea câmpului magnetic critic depinde în principal de temperatură. Când temperatura sub temperatura critică scade, valoarea câmpului magnetic critic crește. Cele de mai jos Graficul efectului Meissner arată schimbarea în câmpul magnetic critic prin temperatură.
Derivare
Cele două informații esențiale folosite pentru a oferi un calcul matematic derivarea efectului Meissner sunt; principiul conservării energiei și relația principală dintre câmpurile magnetice și curenții electrici. Forța electromotoare este tensiunea generată de o modificare a fluxului magnetic într-un circuit închis. EMF sau forța electromotoare bazată pe Legea de inducție a lui Faraday într-un circuit închis este proporțională direct cu rata de schimbare a câmpului magnetic în întregul circuit. Prin urmare,
ε = -dΦ/dt
Folosind relația de mai sus, putem concluziona că ori de câte ori un material trece de la o stare obișnuită la o stare supraconductoare, orice flux magnetic „ F' e existenta inițială în material ar trebui să se schimbe. Deci, această schimbare va crea o forță electromotoare și va crea curenți de ecranare pe suprafața materialului. Rezistența la această schimbare în flux este ceea ce forțează efectul Meissner să ejecteze câmpul magnetic exterior.
Fixarea fluxului vs efectul Meissner
Înțelegerea principalelor diferențe dintre fixarea fluxului și efectul Meissner extinde cu siguranță înțelegerea fenomenelor supraconductoare și ne spune că supraconductivitatea este o forță de interacțiune bogată și condiții excepționale ale materiei. Diferența dintre Flux Pinning și efectul Meissner este discutată mai jos.
|
Fixarea fluxului |
Efectul Meissner |
| Fixarea fluxului este un tip de fenomen care descrie relațiile dintre un câmp magnetic și un supraconductor de temperatură înaltă. | Efectul Meissner este expulzarea fluxului magnetic ori de câte ori un material se transformă în supraconductor într-un câmp magnetic. |
| Fixarea fluxului este cunoscută și sub denumirea de blocare cuantică. | Efectul Meissner este cunoscut și sub numele de teoria Bardeen-Cooper-Schrieffer. |
| Flux Pinning are o retenție limitată a câmpului magnetic.
|
Aceasta explică expulzarea completă a câmpului magnetic dintr-un supraconductor. |
| Flux Pinning se aplică tuturor supraconductorilor.
|
Efectul Meissner se aplică numai supraconductorilor de tip II. |
| Fixarea fluxului poate cauza performanțe histeretice magnetice din cauza mișcării liniilor de flux. | Acest efect arată diamagnetism ideal la temperatura critică. |
Efectul paramagnetic Meissner în supraconductori mici
Acest efect este cea mai fundamentală proprietate a supraconductorilor și implică rezistivitate zero. În prezent, mai multe experimente au arătat că unele probe supraconductoare pot atrage un câmp magnetic numit efect Meissner paramagnetic. Acest efect este o funcție oscilantă pentru câmpul magnetic care înlocuiește efectul tipic Meissner pur și simplu deasupra unui anumit câmp ori de câte ori numeroase cuante de flux sunt înghețate într-un supraconductor.
Condiția paramagnetică sa dovedit a fi metastabilă și starea Meissner este restabilită cu zgomot extern. Deci efectul paramagnetic Meissner este asociat cu supraconductivitatea suprafeței, deci reprezintă o proprietate comună a supraconductorului. Prin reducerea temperaturii, fluxul captat la câmpul critic al suprafeței din capacul supraconductor se reduce într-un volum mai mic, permițând fluxului suplimentar să intre pe suprafață.
Aplicații
The aplicații ale efectului Meissner includ următoarele.
- Acesta este folosit în Levitarea cuantică sau Capcana cuantică pentru a dezvolta tehnologii de transport viitoare și operațiunile SQUIDs pentru a măsura schimbările magnetice subtile.
- Acest efect este utilizat în cadrul levitației magnetice, ceea ce înseamnă că un corp poate fi suspendat fără sprijin în afară de un câmp magnetic
- Aplicațiile potențiale ale acestui efect includ în principal; vehicule de transport levitate magnetic, suporturi cu vibrații reduse, rulmenți fără frecare etc.
- Acest efect este folosit în supraconductori pentru a forma scuturi magnetice care apără dispozitivele sensibile de interferența magnetică.
- Acest efect permite realizarea de magneți supraconductori puternici pentru imagistica prin rezonanță magnetică și aplicații de accelerator de particule.
- Acesta este utilizat în domenii cu impact precum cercetarea științifică, imagistica medicală, transportul etc.
Cine a descoperit efectul Seebeck?
Efectul Seebeck a fost descoperit de către fizicianul german „Thomas Johann Seebeck” în anul 1821.
De ce este important efectul Seebeck?
Efectul Seebeck este util în măsurarea temperaturii cu o sensibilitate și precizie uriașe pentru a produce energie electrică pentru diverse aplicații.
Ce este efectul Seebeck și cum este exploatat pentru a măsura temperatura?
Efectul Seebeck este o apariție în care o variație de temperatură între doi conductori electrici diferiți (sau) semiconductori generează o diferență de tensiune între cele două substanțe. Odată ce căldură este furnizată unuia dintre cei doi conductoare (sau) semiconductori, iar apoi electronii încălziți curg către conductorul mai rece (sau) semiconductorul. Diferența de temperatură formează un EMF numit efect Seebeck.
De ce crește Seebeck odată cu temperatura?
Valoarea coeficientului Seebeck este pozitivă peste intervalul măsurat de temperatură, ceea ce arată performanța de tip p și crește odată cu creșterea temperaturii. Conductivitatea electrică se îmbunătățește ori de câte ori temperatura crește, ceea ce indică performanța semiconductorilor.
Ce este efectul Meissner și cum este utilizat în levitația magnetică?
Acest efect permite levitația magnetică făcând ca conductorii buni să țină departe un câmp magnetic ori de câte ori se transformă în supraconductor. Odată ce conductorul este răcit la temperatura sa critică, atunci câmpurile magnetice sunt expulzate pentru a crea efectul de levitație.
Care este efectul Meissner care arată că supraconductorii sunt materiale diamagnetice perfecte?
Supraconductorii din starea Meissner prezintă diamagnetism ideal (sau) super diamagnetism, ceea ce înseamnă că supraconductorul are o susceptibilitate magnetică -1.
Astfel, aceasta este o privire de ansamblu asupra efectului Meissner , derivare, diferențe și aplicațiile sale. Aceasta este expulzarea câmpului magnetic din tranziția supraconductoarelor într-o stare supraconductivă sub o temperatură critică. Acest efect în supraconductivitate implică generarea de curent electric de suprafață care creează un câmp contra-magnetic pentru a anula câmpurile magnetice din exterior. Iată o întrebare pentru tine, ce este un supraconductor?
