Efekt Meissnera: wyprowadzenie, planowanie strumienia Vs, formuła i jej zastosowania

W 1933 roku niemieccy fizycy Robert Ochsenfeld i Walther Meißner dokonali przełomowego odkrycia znanego jako efekt Meissnera. Badanie obejmowało pomiar rozkładu pola magnetycznego otaczającego nadprzewodzące próbki cyny i ołowiu. Po ochłodzeniu tych próbek poniżej ich temperatury przejścia w nadprzewodnictwo i poddaniu ich działaniu pola magnetycznego, Ochsenfeld i Meißner zaobserwowali niezwykłe zjawisko. Pole magnetyczne na zewnątrz próbek wzrosło, co wskazuje na wydalenie pola magnetycznego z wnętrza próbek. Zjawisko to, w którym nadprzewodnik nie wykazuje w sobie pola magnetycznego, nazywa się stanem Meissnera. Stan ten jest jednak podatny na załamanie pod wpływem silnych pól magnetycznych. Artykuł ten zawiera przegląd efektu Meissnera, jego mechanizmów i praktycznych zastosowań.

Co to jest efekt Meissnera?

Efekt Meissnera polega na wydaleniu pola magnetycznego z a nadprzewodnik podczas jego zmiany w stan nadprzewodzący, gdy jest schładzany do temperatury krytycznej. To wydalanie pola magnetycznego będzie opierać się pobliskiemu magnesowi, a stan Meissnera załamie się, gdy przyłożone pole magnetyczne będzie bardzo silne.

Nadprzewodniki są dostępne w dwóch klasach w zależności od tego, jak następuje awaria, np. typu I i typu II. Typ I to najczystsze nadprzewodniki elementarne oprócz nanorurek węglowych i niobu, podczas gdy typ II to prawie wszystkie nadprzewodniki złożone i zanieczyszczone.

Efekt Meissnera w nadprzewodniku

Ilekroć nadprzewodniki są schładzane do temperatury krytycznej, wówczas wypychają pole magnetyczne i nie pozwalają, aby pole magnetyczne dostało się do ich wnętrza, dlatego to zjawisko w nadprzewodnikach znane jest jako efekt Meissnera.

Ilekroć materiał nadprzewodzący zostanie schłodzony poniżej temperatury krytycznej, wówczas przechodzi w stan nadprzewodzący, w związku z czym elektrony materiału tworzą pary zwane Pary Coopera. Pary te poruszają się bez żadnego oporu w całym materiale. Jednocześnie materiał wykazuje idealny diamagnetyzm, który odpycha pola magnetyczne.

To odpychanie może spowodować, że linie pola magnetycznego zakrzywią się wokół nadprzewodnika, tworząc prąd powierzchniowy, który precyzyjnie znosi zewnętrzne pole magnetyczne w materiale, w ten sposób pole magnetyczne jest skutecznie wyrzucane z nadprzewodnika i zachodzi efekt Meissnera.

Przykład efektu Meissnera pokazano na poniższym rysunku. Ten stan Meissnera załamuje się, gdy pole magnetyczne wzrasta powyżej ustalonej wartości, a próbka zachowuje się jak normalny przewodnik.

Zatem ta pewna wartość pola magnetycznego, powyżej której nadprzewodnik powraca do normalnego stanu, nazywana jest krytycznym polem magnetycznym. Tutaj krytyczna wartość pola magnetycznego zależy głównie od temperatury. Gdy temperatura poniżej temperatury krytycznej spada, krytyczna wartość pola magnetycznego wzrasta. Poniżej Wykres efektu Meissnera pokazuje zmianę krytycznego pola magnetycznego w funkcji temperatury.

Pochodzenie

Dwie podstawowe informacje wykorzystywane do zapewnienia obliczeń matematycznych wyprowadzenie efektu Meissnera Czy; zasada zachowania energii i główna zależność między polami magnetycznymi i prądami elektrycznymi. Siła elektromotoryczna to napięcie generowane w wyniku zmiany strumienia magnetycznego w obwodzie zamkniętym. Pole elektromagnetyczne, czyli siła elektromotoryczna, oparta na prawie indukcji Faradaya w obwodzie zamkniętym, jest proporcjonalna bezpośrednio do szybkości zmian pola magnetycznego w całym obwodzie. Zatem,

ε = -dΦ/dt

Korzystając z powyższej zależności, możemy stwierdzić, że za każdym razem, gdy materiał przechodzi ze stanu zwykłego do stanu nadprzewodzącego, dowolny strumień magnetyczny F' e istniejące pierwotnie w materiale powinny ulec zmianie. Zatem ta zmiana wytworzy siłę elektromotoryczną i wytworzy prądy ekranujące na powierzchni materiału. Opór wobec tej zmiany strumienia zmusza efekt Meissnera do wyrzucenia zewnętrznego pola magnetycznego.

Przypinanie strumienia a efekt Meissnera

Zrozumienie głównych różnic między przypinaniem strumienia a efektem Meissnera z pewnością poszerza wiedzę na temat zjawisk nadprzewodnictwa i mówi nam, że nadprzewodnictwo to bogata, oddziałująca siła i wyjątkowe warunki materii. Różnicę między przypinaniem strumienia a efektem Meissnera omówiono poniżej.

Paramagnetyczny efekt Meissnera w małych nadprzewodnikach

Efekt ten jest najbardziej podstawową właściwością nadprzewodników i implikuje zerową rezystancję. Obecnie kilka eksperymentów wykazało, że niektóre próbki nadprzewodzące mogą przyciągać pole magnetyczne, które nazywa się paramagnetycznym efektem Meissnera. Efekt ten jest funkcją oscylacyjną pola magnetycznego, która zastępuje typowy efekt Meissnera tuż powyżej pewnego pola, gdy w nadprzewodniku zamrożone są liczne kwanty strumienia.

Stwierdzono, że stan paramagnetyczny jest metastabilny, a stan Meissnera zostaje przywrócony za pomocą szumu zewnętrznego. Zatem paramagnetyczny efekt Meissnera jest powiązany z nadprzewodnictwem powierzchniowym, a zatem stanowi powszechną właściwość nadprzewodników. Obniżając temperaturę, wychwycony strumień w polu krytycznym powierzchni powłoki nadprzewodzącej zmniejsza się do mniejszej objętości, umożliwiając przedostanie się dodatkowego strumienia na powierzchnię.

Aplikacje

The zastosowania efektu Meissnera uwzględnij poniższe.

• Wykorzystuje się to w lewitacji kwantowej lub pułapce kwantowej do opracowywania nadchodzących technologii transportowych i działania SQUID w celu pomiaru subtelnych zmian magnetycznych.
• Efekt ten wykorzystywany jest w lewitacji magnetycznej, co oznacza, że ​​ciało może być zawieszone bez wsparcia poza polem magnetycznym
• Potencjalne zastosowania tego efektu obejmują głównie; pojazdy transportowe lewitowane magnetycznie, mocowania o niskim poziomie wibracji, łożyska bez tarcia itp.
• Efekt ten wykorzystywany jest w nadprzewodnikach do tworzenia ekranów magnetycznych, które chronią wrażliwe urządzenia przed zakłóceniami magnetycznymi.
• Efekt ten umożliwia wytwarzanie potężnych magnesów nadprzewodzących do zastosowań w obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego i akceleratorach cząstek.
• Jest to wykorzystywane w takich dziedzinach, jak badania naukowe, obrazowanie medyczne, transport itp.

Kto odkrył efekt Seebecka?

Efekt Seebecka odkrył niemiecki fizyk „Thomas Johann Seebeck” w roku 1821.

Dlaczego efekt Seebecka jest ważny?

Efekt Seebecka jest przydatny do pomiaru temperatury z ogromną czułością i precyzją w celu wytworzenia energii elektrycznej do różnych zastosowań.

Co to jest efekt Seebecka i jak można go wykorzystać do pomiaru temperatury?

Efekt Seebecka to zjawisko, w którym różnica temperatury pomiędzy dwoma różnymi przewodnikami elektrycznymi (lub) półprzewodniki generuje różnicę napięcia pomiędzy dwiema substancjami. Po dostarczeniu ciepła do jednego z dwóch dyrygenci (lub) półprzewodników, a następnie ogrzane elektrony przepływają do chłodniejszego przewodnika (lub) półprzewodnika. Różnica temperatur tworzy pole elektromagnetyczne zwane efektem Seebecka.

Dlaczego Seebeck rośnie wraz z temperaturą?

Wartość współczynnika Seebecka jest dodatnia powyżej zmierzonego zakresu temperatur, co wskazuje na wydajność typu p i rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Przewodność elektryczna wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, co wskazuje na wydajność półprzewodnika.

Co to jest efekt Meissnera i jak jest wykorzystywany w lewitacji magnetycznej?

Efekt ten umożliwia lewitację magnetyczną, sprawiając, że dobre przewodniki zatrzymują pole magnetyczne, gdy zamieniają się w nadprzewodnictwo. Gdy przewodnik zostanie schłodzony poniżej temperatury krytycznej, pola magnetyczne są wyrzucane, tworząc efekt lewitacji.

Jaki jest efekt Meissnera, który pokazuje, że nadprzewodniki są doskonałymi materiałami diamagnetycznymi?

Nadprzewodniki w stanie Meissnera wykazują idealny diamagnetyzm (lub) superdiamagnetyzm, co oznacza, że ​​nadprzewodnik ma podatność magnetyczną -1.

Zatem to jest przegląd efektu Meissnera , wyprowadzenie, różnice i ich zastosowania. Jest to wyparcie pola magnetycznego z przejścia nadprzewodników w stan nadprzewodzący poniżej temperatury krytycznej. Ten efekt nadprzewodnictwa obejmuje powierzchniowe wytwarzanie prądu elektrycznego, który tworzy przeciwpole magnetyczne, które neutralizuje zewnętrzne pola magnetyczne. Oto pytanie do Ciebie: czym jest nadprzewodnik?