V roku 1933 urobili nemeckí fyzici Robert Ochsenfeld a Walther Meißner prevratný objav známy ako Meissnerov efekt. Ich výskum zahŕňal meranie distribúcie magnetického poľa obklopujúceho supravodivé vzorky cínu a olova. Po ochladení týchto vzoriek pod teplotu supravodivého prechodu a ich vystavení magnetickému poľu pozorovali Ochsenfeld a Meißner pozoruhodný jav. Magnetické pole mimo vzoriek sa zvýšilo, čo naznačuje vypudenie magnetického poľa zvnútra vzoriek. Tento jav, pri ktorom supravodič nevykazuje v sebe žiadne magnetické pole, sa nazýva Meissnerov stav. Tento stav je však náchylný na rozpad pod vplyvom silných magnetických polí. Tento článok poskytuje prehľad Meissnerovho efektu, jeho mechanizmov a jeho praktických aplikácií.
Čo je Meissnerov efekt?
Meissnerov efekt je vypudenie magnetického poľa z a supravodič pri jeho zmene do supravodivého stavu vždy, keď sa ochladí pod kritickú teplotu. Toto vypudenie magnetického poľa odolá blízkemu magnetu a Meissnerov stav sa rozpadne vždy, keď bude použité magnetické pole veľmi silné.
Supravodiče sú dostupné v dvoch triedach podľa toho, ako dochádza k poruche, ako je typ I a typ II. Typ I sú najčistejšie elementárne supravodiče okrem uhlíkových nanorúrok a nióbu, zatiaľ čo typ II sú takmer všetky zložené a nečisté supravodiče.
Meissnerov efekt v supravodiči
Kedykoľvek sa supravodiče ochladia pod kritickú teplotu, vypudia magnetické pole a nedovolia magnetickému poľu vstúpiť do nich, takže tento jav v supravodičoch je známy ako Meissnerov efekt.
Vždy, keď sa supravodivý materiál ochladí pod svoju kritickú teplotu, potom sa zmení na supravodivý stav, takže elektróny materiálu tvoria páry tzv. Cooper páry. Tieto páry sa pohybujú bez akéhokoľvek odporu v celom materiáli. Materiál zároveň vykazuje ideálny diamagnetizmus na odpudzovanie magnetických polí.
Toto odpudzovanie môže spôsobiť, že siločiary magnetického poľa ohnú približne supravodič, aby vytvorili povrchový prúd, ktorý presne ruší vonkajšie magnetické pole v materiáli, takže magnetické pole je efektívne vypudené zo supravodiča a dochádza k Meissnerovmu javu.
Príklad Meissnerovho efektu je znázornený na nasledujúcom obrázku. Tento Meissnerov stav sa preruší vždy, keď sa magnetické pole zvýši nad pevnú hodnotu a vzorka sa správa ako normálny vodič.
Takže táto určitá hodnota magnetického poľa, po prekročení ktorej sa supravodič vráti do svojho normálneho stavu, je známa ako kritické magnetické pole. Tu kritická hodnota magnetického poľa závisí hlavne od teploty. Keď teplota pod kritickou teplotou klesne, hodnota kritického magnetického poľa sa zvýši. Nižšie Graf Meissnerovho efektu ukazuje zmenu v rámci kritického magnetického poľa prostredníctvom teploty.
Odvodzovanie
Dve základné informácie slúžiace na poskytnutie matematického odvodenie Meissnerovho efektu sú; princíp zachovania energie a hlavný vzťah medzi magnetickými poľami a elektrickými prúdmi. Elektromotorická sila je napätie generované zmenou magnetického toku v uzavretom okruhu. EMF alebo elektromotorická sila založená na Faradayovom indukčnom zákone v uzavretom okruhu je priamo úmerná rýchlosti zmeny magnetického poľa v celom okruhu. teda
ε = -dΦ/dt
Použitím vyššie uvedeného vzťahu môžeme dospieť k záveru, že kedykoľvek dôjde k prechodu materiálu z bežného stavu do supravodivého stavu, akýkoľvek magnetický tok ‘ F' e pôvodne existujúce v materiáli by sa mali zmeniť. Takže táto zmena vytvorí elektromotorickú silu a vytvorí tienené prúdy na povrchu materiálu. Odpor voči tejto zmene v rámci toku je to, čo núti Meissnerov efekt vyhodiť vonkajšie magnetické pole.
Flux Pinning vs Meissnerov efekt
Pochopenie hlavných rozdielov medzi tokom a Meissnerovým efektom určite rozširuje chápanie supravodivých javov a hovorí nám, že supravodivosť je bohatá interakčná sila a výnimočné podmienky hmoty. Rozdiel medzi Flux Pinning a Meissnerovým efektom je popísaný nižšie.
|
Flux Pinning |
Meissnerov efekt |
| Flux pinning je typ javu, ktorý popisuje vzťahy medzi magnetickým poľom a vysokoteplotným supravodičom. | Meissnerov efekt je vypudzovanie magnetického toku vždy, keď sa materiál v magnetickom poli zmení na supravodivý. |
| Flux pinning je tiež známy ako Quantum locking. | Meissnerov efekt je známy aj ako Bardeen-Cooper-Schriefferova teória. |
| Flux Pinning má obmedzené magnetické pole.
|
To vysvetľuje úplné vypudenie magnetického poľa zo supravodiča. |
| Flux Pinning sa vzťahuje na všetky supravodiče.
|
Meissnerov efekt sa vzťahuje len na supravodiče typu II. |
| Flux Pinning môže spôsobiť magnetický hysterézny výkon v dôsledku pohybu tokov. | Tento efekt ukazuje ideálny diamagnetizmus pri kritickej teplote. |
Paramagnetický Meissnerov efekt v malých supravodičoch
Tento efekt je najzákladnejšou vlastnosťou supravodičov a znamená nulový odpor. V súčasnosti niekoľko experimentov odhalilo, že niektoré supravodivé vzorky môžu priťahovať magnetické pole, ktoré sa nazýva paramagnetický Meissnerov jav. Tento efekt je oscilačnou funkciou magnetického poľa, ktorá nahrádza typický Meissnerov efekt jednoducho nad určitým poľom vždy, keď sa v supravodiči zmrazia početné kvantá toku.
Zistilo sa, že paramagnetický stav je metastabilný a Meissnerov stav sa obnoví vonkajším šumom. Paramagnetický Meissnerov jav je teda spojený s povrchovou supravodivosťou, teda predstavuje spoločnú vlastnosť supravodiča. Znížením teploty sa zachytený tok v kritickom poli povrchu v supravodivom kryte zmenší na menší objem tým, že sa dodatočnému toku umožní vstúpiť na povrch.
Aplikácie
The aplikácie Meissnerovho efektu zahŕňajú nasledujúce.
- Toto sa používa v kvantovej levitácii alebo kvantovej pasci na vývoj nadchádzajúcich dopravných technológií a operácie SQUID na meranie jemných magnetických zmien.
- Tento efekt sa využíva v rámci magnetickej levitácie, čo znamená, že telo môže byť zavesené bez podpory okrem magnetického poľa
- Potenciálne aplikácie tohto efektu zahŕňajú najmä; magneticky levitujúce dopravné prostriedky, ložiská s nízkymi vibráciami, ložiská bez trenia atď.
- Tento efekt sa využíva v supravodičoch na vytváranie magnetických štítov, ktoré chránia citlivé zariadenia pred magnetickým rušením.
- Tento efekt umožňuje výrobu výkonných supravodivých magnetov pre zobrazovanie magnetickou rezonanciou a aplikácie urýchľovačov častíc.
- Používa sa v oblastiach, ktoré majú vplyv, ako je vedecký výskum, lekárske zobrazovanie, doprava atď.
Kto objavil Seebeckov efekt?
Seebeckov efekt objavil nemecký fyzik, menovite „Thomas Johann Seebeck“ v roku 1821.
Prečo je Seebeckov efekt dôležitý?
Seebeckov efekt je užitočný pri meraní teploty s obrovskou citlivosťou a presnosťou na výrobu elektrickej energie pre rôzne aplikácie.
Čo je Seebeckov efekt a ako sa využíva na meranie teploty?
Seebeckov efekt je jav, pri ktorom kolísanie teploty medzi dvoma rôznymi elektrickými vodičmi (alebo) polovodičov vytvára nepomer napätia medzi týmito dvoma látkami. Akonáhle je teplo poskytnuté jednému z dvoch vodičov (alebo) polovodičov a potom zahriate elektróny prúdia do chladnejšieho vodiča (alebo) polovodiča. Rozdiel teplôt tvorí EMF nazývaný Seebeckov efekt.
Prečo sa Seebeck zvyšuje s teplotou?
Hodnota Seebeckovho koeficientu je kladná nad nameraným rozsahom teplôt, čo ukazuje výkon typu p a stúpa so zvyšujúcou sa teplotou. Elektrická vodivosť sa zvyšuje vždy, keď sa zvýši teplota, čo naznačuje výkon polovodiča.
Čo je Meissnerov efekt a ako sa používa pri magnetickej levitácii?
Tento efekt umožňuje magnetickú levitáciu tým, že dobré vodiče zadržiavajú magnetické pole vždy, keď sa zmenia na supravodivé. Akonáhle sa vodič ochladí na svoju kritickú teplotu, magnetické polia sa vypudia, aby sa vytvoril efekt levitácie.
Čo je Meissnerov jav, ktorý ukazuje, že supravodiče sú dokonalé diamagnetické materiály?
Supravodiče v Meissnerovom stave vykazujú ideálny diamagnetizmus (alebo) super diamagnetizmus, čo znamená, že supravodič má magnetickú susceptibilitu -1.
Teda toto je prehľad Meissnerovho efektu , odvodenie, rozdiely a jeho aplikácie. Ide o vypudenie magnetického poľa z prechodu supravodičov do supravodivého stavu pod kritickou teplotou. Tento efekt v rámci supravodivosti zahŕňa generovanie povrchového elektrického prúdu, ktorý vytvára protimagnetické pole na negáciu vonkajších magnetických polí. Tu je otázka pre vás, čo je supravodič?
