Meissner effekt

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 21. november 2020; checks kræver 2 redigeringer .

Meissner -effekt , Meissner-effekt (fra tysk Meißner ) - fuldstændig forskydning af magnetfeltet fra lederens volumen under dens overgang til superledende tilstand . Fænomenet blev første gang observeret i 1933 af de tyske fysikere W. Meisner og R. Oksenfeld .

Fysisk forklaring

Når en superleder afkøles i et eksternt konstant magnetfelt, forskydes det magnetiske felt fuldstændigt fra dets volumen i overgangsøjeblikket til den superledende tilstand. Dette adskiller kvalitativt superlederen fra det "almindelige" materiale med høj ledningsevne.

Fraværet af et magnetfelt i lederens volumen giver os mulighed for at konkludere fra magnetfeltets generelle love, at der kun eksisterer overfladestrøm i det. Det er fysisk ægte og optager et tyndt lag nær overfladen. For eksempel, i tilfælde af en bold placeret i et eksternt felt (se fig.), vil denne strøm blive dannet af ladningsbærere, der bevæger sig i det overfladenære lag langs ringformede baner, der ligger i planer vinkelret på figurens plan og felt ved uendelig (ringens radius varierer fra kuglens radius i midten til nul øverst og nederst).

Rollen af ideel ledningsevne er, at den fremkommende overfladestrøm flyder ikke-dissipativt og uendeligt - med en endelig modstand ville mediet ikke være i stand til at reagere på anvendelsen af feltet på denne måde.

Det magnetiske felt af den genererede strøm kompenserer det eksterne felt i tykkelsen af superlederen (en analogi med afskærmningen af det elektriske felt af ladningen induceret på metaloverfladen er passende). I denne henseende opfører superlederen sig formelt som en ideel diamagnet . Det er dog ikke en diamagnet, da magnetiseringen inde i den er nul. Fysisk kan man tale om en ideel diamagnet, hvis mediets permeabilitet ved en lokal styrke af magnetfeltet viste sig at være lig nul - men i en superleder mister styrken og alle argumenter om dens egenskaber som en magnet. deres betydning. $H\neq 0$ $B=0$ $\mu$ $H=0$

Arten af Meissner-effekten blev først forklaret af brødrene Fritz og Heinz London ved hjælp af London-ligningen . De viste, at i en superleder trænger feltet ind til en fast dybde fra overfladen - London-gennemtrængningsdybden af magnetfeltet . Til metaller µm. $\lambda$ ${\displaystyle \lambda \sim 10^{-2))$

Type I og II superledere

Rene stoffer, hvor fænomenet superledning observeres, er ikke talrige. Oftere forekommer superledning i legeringer. For rene stoffer finder den fulde Meissner-effekt sted, mens der for legeringer ikke sker fuldstændig udvisning af magnetfeltet fra volumenet (delvis Meissner-effekt). Stoffer, der udviser den fulde Meissner-effekt, kaldes type I-superledere, og partielle kaldes type II-superledere. Det er dog værd at bemærke, at i lave magnetiske felter udviser alle typer superledere den fulde Meissner-effekt.

Superledere af den anden slags i volumenet har cirkulære strømme, der skaber et magnetfelt, som dog ikke fylder hele volumen, men fordeles i det i form af separate tråde af Abrikosov-hvirvler . Hvad angår modstanden, er den lig med nul, som i superledere af den første slags, selvom bevægelsen af hvirvler under påvirkning af strømmen skaber effektiv modstand i form af dissipative tab for bevægelsen af den magnetiske flux inde i superlederen , hvilket undgås ved at indføre defekter i strukturen af superlederen - pinning centre , for hvilke hvirvler "klæber".

"Mohammeds kiste"

"Mohammeds kiste" - et eksperiment, der demonstrerer Meissner-effekten i superledere [1] .

Navnets oprindelse

Ifølge legenden hang kisten med liget af profeten Muhammed i rummet uden nogen støtte, så dette eksperiment kaldes "Muhammeds kiste".

Erfaringserklæring

Superledningsevne eksisterer kun ved lave temperaturer (i HTSC -keramik - ved temperaturer under 150 K ), så stoffet forkøles for eksempel med flydende nitrogen . Dernæst placeres magneten på overfladen af en flad superleder. Selv i felter, hvis magnetiske induktion er 0,001 T , forskydes magneten mærkbart opad med en afstand af størrelsesordenen en centimeter. Med en stigning i feltet op til den kritiske, stiger magneten højere og højere.

Forklaring

En af egenskaberne ved superledere er udvisningen af magnetfeltet fra området af den superledende fase. Startende fra den immobile superleder "svæver" magneten sig selv og fortsætter med at "svæve", indtil ydre forhold tager superlederen ud af den superledende fase. Som et resultat af denne effekt "ser" en magnet, der nærmer sig en superleder, en magnet med samme polaritet og nøjagtig samme størrelse - hvilket forårsager levitation.

Noter

↑ Yu. Martynenko om problemerne med levitation af kroppe i kraftfelter (1996). Hentet 9. april 2012. Arkiveret fra originalen 16. august 2010. (ubestemt)

Litteratur

de Gennes P.-J. Superledningsevne af metaller og legeringer. — M .: Mir , 1968. — 280 s.
Martynenko Yu. G. Om problemerne med levitation af kroppe i kraftfelter // Soros Educational Journal . - 1996. - Nr. 3 . - S. 82-86 . Arkiveret fra originalen den 2. april 2015.
Matveev A. N. Elektricitet og Magnetisme. - M . : Højere skole , 1983. - 463 s.