Efectul Meissner

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 21 noiembrie 2020; verificările necesită 2 modificări .

Efectul Meissner , efectul Meissner (din germană Meißner ) - deplasarea completă a câmpului magnetic din volumul conductorului în timpul trecerii acestuia la starea supraconductivă . Fenomenul a fost observat pentru prima dată în 1933 de către fizicienii germani W. Meisner și R. Oksenfeld .

Explicație fizică

Când un supraconductor este răcit într-un câmp magnetic extern constant, în momentul trecerii la starea supraconductivă, câmpul magnetic este complet deplasat din volumul său. Acest lucru distinge calitativ supraconductorul de materialul „obișnuit” cu conductivitate ridicată.

Absența unui câmp magnetic în volumul conductorului ne permite să concluzionăm din legile generale ale câmpului magnetic că în el există doar curent de suprafață. Este real din punct de vedere fizic și ocupă un strat subțire lângă suprafață. De exemplu, în cazul unei bile plasate într-un câmp exterior (vezi fig.), acest curent va fi format de purtători de sarcină care se deplasează în stratul apropiat de suprafață de-a lungul traiectoriilor inelare situate în planuri ortogonale cu planul figurii și câmp la infinit (raza inelelor variază de la raza bilei din mijloc la zero în partea de sus și de jos).

Rolul conductivității ideale este ca curentul de suprafață emergent să circule nedisipator și nedefinit - cu o rezistență finită, mediul nu ar fi capabil să răspundă la aplicarea câmpului în acest mod.

Câmpul magnetic al curentului generat compensează câmpul extern în grosimea supraconductorului (este potrivită o analogie cu ecranarea câmpului electric de sarcina indusă pe suprafața metalului). În acest sens, supraconductorul se comportă formal ca un diamagnet ideal . Cu toate acestea, nu este un diamagnet, deoarece magnetizarea în interiorul acestuia este zero. Din punct de vedere fizic, s-ar putea vorbi de un diamagnet ideal dacă, la o putere locală a câmpului magnetic , permeabilitatea mediului s-a dovedit a fi egală cu zero - dar într-un supraconductor, puterea și toate argumentele despre proprietățile sale ca magnet pierd. sensul lor. $H\neq 0$ $B=0$ $\mu$ $H=0$

Natura efectului Meissner a fost explicată pentru prima dată de frații Fritz și Heinz London folosind ecuația de la Londra . Ei au arătat că într-un supraconductor, câmpul pătrunde la o adâncime fixă de la suprafață - adâncimea de penetrare a câmpului magnetic din Londra . Pentru metale µm. $\lambda$ $\lambda \sim 10^{-2)$

Supraconductori de tip I și II

Substantele pure in care se observa fenomenul de supraconductivitate nu sunt numeroase. Mai des, supraconductivitatea apare în aliaje. Pentru substanțele pure are loc efectul Meissner complet, în timp ce pentru aliaje nu există o expulzare completă a câmpului magnetic din volum (efect Meissner parțial). Substanțele care prezintă efectul Meissner complet sunt numite supraconductori de tip I, iar cele parțiale sunt numite supraconductori de tip II. Cu toate acestea, merită remarcat faptul că în câmpurile magnetice scăzute toate tipurile de supraconductori prezintă efectul Meissner complet.

Supraconductorii de al doilea tip din volum au curenți circulari care creează un câmp magnetic, care, totuși, nu umple întregul volum, ci este distribuit în el sub formă de fire separate de vârtejuri Abrikosov . În ceea ce privește rezistența, aceasta este egală cu zero, ca și în supraconductorii de primul fel, deși mișcarea vârtejurilor sub acțiunea curentului de curent creează rezistență efectivă sub formă de pierderi disipative pentru deplasarea fluxului magnetic în interiorul supraconductorului. , care se evită prin introducerea de defecte în structura supraconductorilor - centrii de fixare , pentru care vortexurile „se agață”.

„Sicriul lui Mahomed”

„Sicriul lui Mohammed” – un experiment care demonstrează efectul Meissner în supraconductori [1] .

Originea numelui

Potrivit legendei , sicriul cu trupul profetului Mahomed a atârnat în spațiu fără niciun suport, așa că acest experiment este numit „sicriul lui Mahomed”.

Declarație de experiență

Supraconductivitatea există numai la temperaturi scăzute (în ceramica HTSC - la temperaturi sub 150 K ), astfel încât substanța este pre-răcită, de exemplu, cu azot lichid . În continuare , magnetul este plasat pe suprafața unui supraconductor plat. Chiar și în câmpurile a căror inducție magnetică este de 0,001 T , magnetul este deplasat în mod vizibil în sus cu o distanță de ordinul unui centimetru. Odată cu creșterea câmpului până la cel critic, magnetul se ridică din ce în ce mai sus.

Explicație

Una dintre proprietățile supraconductorilor este expulzarea câmpului magnetic din regiunea fazei supraconductoare. Pornind de la supraconductorul imobil, magnetul „plutește” în sine și continuă să „plutească” până când condițiile externe scot supraconductorul din faza supraconductoare. Ca urmare a acestui efect, un magnet care se apropie de un supraconductor „vede” un magnet de aceeași polaritate și exact aceeași dimensiune – ceea ce provoacă levitația.

Note

↑ Yu. Martynenko Despre problemele levitației corpurilor în câmpurile de forță (1996). Consultat la 9 aprilie 2012. Arhivat din original pe 16 august 2010. (nedefinit)

Literatură

de Gennes P.-J. Supraconductivitatea metalelor și aliajelor. — M .: Mir , 1968. — 280 p.
Martynenko Yu. G. Despre problemele levitației corpurilor în câmpurile de forță // Soros Educational Journal . - 1996. - Nr. 3 . - S. 82-86 . Arhivat din original pe 2 aprilie 2015.
Matveev A. N. Electricitate și magnetism. - M . : Şcoala superioară , 1983. - 463 p.