V roce 1933 učinili němečtí fyzici Robert Ochsenfeld a Walther Meißner převratný objev známý jako Meissnerův efekt. Jejich výzkum zahrnoval měření distribuce magnetického pole obklopujícího supravodivé vzorky cínu a olova. Po ochlazení těchto vzorků pod jejich supravodivou přechodovou teplotu a jejich vystavení magnetickému poli pozorovali Ochsenfeld a Meißner pozoruhodný jev. Magnetické pole vně vzorků se zvýšilo, což ukazuje na vypuzení magnetického pole zevnitř vzorků. Tento jev, kdy supravodič v sobě nevykazuje žádné magnetické pole, se nazývá Meissnerův stav. Tento stav je však náchylný k rozpadu pod vlivem silných magnetických polí. Tento článek poskytuje přehled Meissnerova jevu, jeho mechanismů a jeho praktických aplikací.
Co je Meissnerův efekt?
Meissnerův jev je vypuzení magnetického pole z a supravodič při jeho změně do supravodivého stavu vždy, když se ochladí pod kritickou teplotu. Toto vypuzení magnetického pole odolá blízkému magnetu a Meissnerův stav se zhroutí, kdykoli je použité magnetické pole velmi silné.
Supravodiče jsou k dispozici ve dvou třídách podle toho, jak dochází k poruše, jako je typ I a typ II. Typ I jsou nejčistší elementární supravodiče kromě uhlíkových nanotrubic a niobu, zatímco typ II jsou téměř všechny složené a nečisté supravodiče.
Meissnerův jev v supravodiči
Kdykoli jsou supravodiče ochlazeny pod kritickou teplotou, vypudí magnetické pole a nedovolí magnetickému poli vstoupit dovnitř, takže tento jev uvnitř supravodičů je známý jako Meissnerův jev.
Kdykoli se supravodivý materiál ochladí pod svou kritickou teplotu, přejde do supravodivého stavu, takže elektrony materiálu tvoří páry tzv. Cooper páry. Tyto páry se pohybují bez jakéhokoli odporu v celém materiálu. Zároveň materiál vykazuje ideální diamagnetismus k odpuzování magnetických polí.
Toto odpuzování může způsobit, že siločáry magnetického pole ohýbají přibližně supravodič a vytvářejí povrchový proud, který přesně ruší vnější magnetické pole v materiálu, takže magnetické pole je ze supravodiče efektivně vyvrženo a dochází k Meissnerovu jevu.
Příklad Meissnerova efektu je znázorněn na následujícím obrázku. Tento Meissnerův stav se přeruší, kdykoli se magnetické pole zvýší nad pevnou hodnotu a vzorek se chová jako normální vodič.
Takže tato určitá hodnota magnetického pole, za kterou se supravodič vrátí do svého normálního stavu, je známá jako kritické magnetické pole. Zde kritická hodnota magnetického pole závisí hlavně na teplotě. Když teplota pod kritickou teplotou klesá, kritická hodnota magnetického pole se zvyšuje. Pod Graf Meissnerova efektu ukazuje změnu uvnitř kritického magnetického pole vlivem teploty.
Derivace
Dvě základní informace používané k poskytnutí matematické odvození Meissnerova efektu jsou; princip zachování energie a hlavní vztah mezi magnetickými poli a elektrickými proudy. Elektromotorická síla je napětí generované změnou magnetického toku v uzavřeném obvodu. EMF neboli elektromotorická síla založená na Faradayově indukčním zákoně v uzavřeném obvodu je přímo úměrná rychlosti změny magnetického pole v celém obvodu. Tím pádem,
ε = -dΦ/dt
Použitím výše uvedeného vztahu můžeme dojít k závěru, že kdykoli přejde materiál z běžného stavu do supravodivého stavu, jakýkoli magnetický tok ‘ F' e původně existující v materiálu by se měl změnit. Takže tato změna vytvoří elektromotorickou sílu a vytvoří stínící proudy na povrchu materiálu. Odpor vůči této změně v toku je to, co nutí Meissnerův jev k vysunutí vnějšího magnetického pole.
Flux Pinning vs Meissnerův efekt
Pochopení hlavních rozdílů mezi tokem a Meissnerovým efektem jistě rozšiřuje chápání supravodivých jevů a říká nám, že supravodivost je bohatá interagující síla a výjimečné podmínky hmoty. Rozdíl mezi Flux Pinning vs Meissner Effect je diskutován níže.
|
Flux Pinning |
Meissnerův efekt |
| Flux pinning je typ jevu, který popisuje vztahy mezi magnetickým polem a vysokoteplotním supravodičem. | Meissnerův jev je vypuzení magnetického toku, kdykoli se materiál v magnetickém poli změní na supravodivý. |
| Flux pinning je také známý jako Quantum locking. | Meissnerův efekt je také známý jako Bardeen-Cooper-Schriefferova teorie. |
| Flux Pinning má omezenou retenci magnetického pole.
|
To vysvětluje úplné vypuzení magnetického pole ze supravodiče. |
| Flux Pinning se vztahuje na všechny supravodiče.
|
Meissnerův efekt se vztahuje pouze na supravodiče typu II. |
| Flux Pinning může způsobit magnetickou hysterezi kvůli pohybu toku čar. | Tento efekt ukazuje ideální diamagnetismus v kritické teplotě. |
Paramagnetický Meissnerův jev v malých supravodičích
Tento efekt je nejzákladnější vlastností supravodičů a znamená nulový odpor. V současné době několik experimentů odhalilo, že některé supravodivé vzorky mohou přitahovat magnetické pole, které se nazývá paramagnetický Meissnerův jev. Tento efekt je oscilační funkcí pro magnetické pole, která nahrazuje typický Meissnerův efekt jednoduše nad určitým polem, kdykoli jsou četná kvanta toku zmrazena v supravodiči.
Bylo zjištěno, že paramagnetický stav je metastabilní a Meissnerův stav je obnoven vnějším šumem. Paramagnetický Meissnerův jev je tedy spojen s povrchovou supravodivostí, takže představuje společnou vlastnost supravodiče. Snížením teploty se zachycený tok v kritickém poli povrchu v supravodivém krytu zmenší na menší objem tím, že se dodatečnému toku umožní vstoupit na povrch.
Aplikace
The aplikace Meissnerova efektu zahrnout následující.
- To se používá v Quantum Levitation nebo Quantum Trapping k vývoji nadcházejících dopravních technologií a operace SQUID pro měření jemných magnetických změn.
- Tento efekt se využívá v rámci magnetické levitace, což znamená, že tělo může být zavěšeno bez podpory kromě magnetického pole
- Potenciální aplikace tohoto efektu zahrnují zejména; magneticky levitující dopravní prostředky, nízkovibrační uložení, ložiska bez tření atd.
- Tento efekt se používá v supravodičích k vytvoření magnetických štítů, které chrání citlivá zařízení před magnetickým rušením.
- Tento efekt umožňuje výrobu výkonných supravodivých magnetů pro zobrazování magnetickou rezonancí a aplikace urychlovačů částic.
- To se používá v oblastech ovlivňujících, jako je vědecký výzkum, lékařské zobrazování, doprava atd.
Kdo objevil Seebeckův efekt?
Seebeckův jev objevil německý fyzik, jmenovitě „Thomas Johann Seebeck“ v roce 1821.
Proč je Seebeckův efekt důležitý?
Seebeckův efekt je užitečný při měření teploty s obrovskou citlivostí a přesností pro výrobu elektrické energie pro různé aplikace.
Co je Seebeckův jev a jak se využívá k měření teploty?
Seebeckův jev je jev, kdy kolísání teploty mezi dvěma různými elektrickými vodiči (nebo) polovodiče generuje nepoměr napětí mezi těmito dvěma látkami. Jakmile je teplo poskytnuto jednomu ze dvou vodičů (nebo) polovodiče a poté zahřáté elektrony proudí do chladnějšího vodiče (nebo) polovodiče. Rozdíl v teplotě tvoří EMF nazývaný Seebeckův efekt.
Proč se Seebeck zvyšuje s teplotou?
Hodnota Seebeckova koeficientu je kladná nad naměřeným rozsahem teplot, což ukazuje výkon typu p a roste s rostoucí teplotou. Elektrická vodivost se zvyšuje, kdykoli se zvýší teplota, což indikuje výkon polovodiče.
Co je Meissnerův efekt a jak se využívá při magnetické levitaci?
Tento efekt umožňuje magnetickou levitaci tím, že dobré vodiče zadržují magnetické pole, kdykoli se změní na supravodivé. Jakmile je vodič ochlazen pod svou kritickou teplotu, pak jsou magnetická pole vypuzena, aby vytvořila levitující efekt.
Co je Meissnerův jev, který ukazuje, že supravodiče jsou dokonalé diamagnetické materiály?
Supravodiče v Meissnerově stavu vykazují ideální diamagnetismus (nebo) super diamagnetismus, což znamená, že supravodič má magnetickou susceptibilitu -1.
Tedy, toto je přehled Meissnerova efektu , odvození, rozdíly a jeho aplikace. Jedná se o vypuzení magnetického pole z přechodu supravodičů do supravodivého stavu pod kritickou teplotou. Tento efekt v rámci supravodivosti zahrnuje tvorbu povrchového elektrického proudu, který vytváří protimagnetické pole, které neguje vnější magnetická pole. Zde je pro vás otázka, co je to supravodič?
