Leta 1933 sta nemška fizika Robert Ochsenfeld in Walther Meißner prišla do prelomnega odkritja, znanega kot Meissnerjev učinek. Njihova preiskava je vključevala merjenje porazdelitve magnetnega polja okoli superprevodnih vzorcev kositra in svinca. Ko sta te vzorce ohladila pod temperaturo njihovega superprevodnega prehoda in jih izpostavila magnetnemu polju, sta Ochsenfeld in Meißner opazila izjemen pojav. Magnetno polje zunaj vzorcev se je povečalo, kar kaže na izgon magnetnega polja iz notranjosti vzorcev. Ta pojav, ko superprevodnik v sebi kaže malo ali nič magnetnega polja, se imenuje Meissnerjevo stanje. Vendar je to stanje dovzetno za razpad pod vplivom močnih magnetnih polj. Ta članek ponuja pregled Meissnerjevega učinka, njegovih mehanizmov in praktičnih aplikacij.
Kaj je Meissnerjev učinek?
Meissnerjev učinek je izgon magnetnega polja iz a superprevodnik med njegovo spremembo v superprevodno stanje, ko se ohladi pod kritično temperaturo. Ta izgon magnetnega polja se bo upiral bližnjemu magnetu in Meissnerjevo stanje se bo zlomilo, kadar koli je uporabljeno magnetno polje zelo močno.
Superprevodniki so na voljo v dveh razredih glede na to, kako pride do okvare, tipa I in tipa II. Tip I so najčistejši elementarni superprevodniki razen ogljikovih nanocevk in niobija, medtem ko so tip II skoraj vsi sestavljeni in nečisti superprevodniki.
Meissnerjev učinek v superprevodniku
Kadarkoli se superprevodniki ohladijo pod kritično temperaturo, izločijo magnetno polje in ne pustijo magnetnemu polju vstopiti v njih, zato je ta pojav v superprevodnikih znan kot Meissnerjev učinek.
Kadarkoli se superprevodni material ohladi pod kritično temperaturo, se spremeni v superprevodno stanje, tako da elektroni materiala tvorijo pare, imenovane Cooperjevi pari. Ti pari se premikajo brez kakršnega koli upora po materialu. Hkrati material kaže idealen diamagnetizem za odbijanje magnetnih polj.
Ta odboj lahko povzroči, da se črte magnetnega polja upognejo približno superprevodniku, da se ustvari površinski tok, ki natančno izniči zunanje magnetno polje v materialu, tako da se magnetno polje učinkovito izvrže iz superprevodnika in pojavi se Meissnerjev učinek.
Primer Meissnerjevega učinka je prikazan na naslednji sliki. To Meissnerjevo stanje prekine, kadar koli se magnetno polje poveča nad fiksno vrednost in vzorec se obnaša kot običajen prevodnik.
Torej je ta določena vrednost magnetnega polja, nad katero se superprevodnik vrne v normalno stanje, znana kot kritično magnetno polje. Tukaj je kritična vrednost magnetnega polja odvisna predvsem od temperature. Ko se temperatura pod kritično temperaturo zniža, se vrednost kritičnega magnetnega polja poveča. Spodaj Graf Meissnerjevega učinka prikazuje spremembo kritičnega magnetnega polja skozi temperaturo.
Izpeljava
Dva bistvena podatka, ki se uporabljata za zagotavljanje matematičnega izpeljava Meissnerjevega učinka so; načelo ohranjanja energije in glavno razmerje med magnetnimi polji in električnimi tokovi. Elektromotorna sila je napetost, ki nastane zaradi spremembe magnetnega pretoka v zaprtem krogu. EMF ali elektromotorna sila, ki temelji na Faradayevem indukcijskem zakonu znotraj zaprtega tokokroga, je neposredno sorazmerna s hitrostjo spreminjanja magnetnega polja v celotnem tokokrogu. torej
ε = -dΦ/dt
Z uporabo zgornjega razmerja lahko sklepamo, da vsakič, ko material prehaja iz običajnega stanja v superprevodno stanje, kateri koli magnetni tok ' F' e ki izvirno obstaja v materialu, bi se moralo spremeniti. Tako bo ta sprememba ustvarila elektromotorno silo in ustvarila zaslonske tokove na površini materiala. Odpor proti tej spremembi znotraj toka je tisto, kar prisili Meissnerjev učinek, da izvrže zunanje magnetno polje.
Flux Pinning proti Meissnerjevemu učinku
Razumevanje glavnih razlik med pripenjanjem toka in Meissnerjevim učinkom zagotovo širi razumevanje superprevodnih pojavov in nam pove, da je superprevodnost bogata medsebojna sila in izjemna stanja snovi. Spodaj je obravnavana razlika med Flux Pinning in Meissnerjevim učinkom.
|
Flux pripenjanje |
Meissnerjev učinek |
| Flux pinning je vrsta pojava, ki opisuje odnose med magnetnim poljem in visokotemperaturnim superprevodnikom. | Meissnerjev učinek je izgon magnetnega toka, ko se material v magnetnem polju spremeni v superprevoden. |
| Pripenjanje fluksa je znano tudi kot kvantno zaklepanje. | Meissnerjev učinek je znan tudi kot Bardeen-Cooper-Schriefferjeva teorija. |
| Flux Pinning ima omejeno zadrževanje magnetnega polja.
|
To pojasnjuje popoln izgon magnetnega polja iz superprevodnika. |
| Flux Pinning velja za vse superprevodnike.
|
Meissnerjev učinek velja samo za superprevodnike tipa II. |
| Flux Pinning lahko povzroči magnetno histerezično delovanje zaradi gibanja linij toka. | Ta učinek kaže idealen diamagnetizem pri kritični temperaturi. |
Paramagnetni Meissnerjev učinek v majhnih superprevodnikih
Ta učinek je najbolj temeljna lastnost superprevodnikov in pomeni ničelno upornost. Trenutno je več poskusov razkrilo, da lahko nekateri superprevodni vzorci privlačijo magnetno polje, kar imenujemo paramagnetni Meissnerjev učinek. Ta učinek je nihajna funkcija za magnetno polje, ki nadomešča tipičen Meissnerjev učinek preprosto nad določenim poljem, kadar koli so številni kvanti toka zamrznjeni v superprevodniku.
Ugotovljeno je, da je paramagnetno stanje metastabilno in Meissnerjevo stanje se obnovi z zunanjim šumom. Paramagnetni Meissnerjev učinek je torej povezan s površinsko superprevodnostjo, zato predstavlja skupno lastnost superprevodnika. Z znižanjem temperature se zajeti tok na kritičnem polju površine v superprevodnem pokrovu zmanjša v manjši volumen, tako da omogoči dodatnemu toku, da vstopi na površino.
Aplikacije
The uporabe Meissnerjevega učinka vključujejo naslednje.
- To se uporablja pri kvantni levitaciji ali kvantnem lovljenju za razvoj prihajajočih transportnih tehnologij in delovanja SQUID za merjenje subtilnih magnetnih sprememb.
- Ta učinek se uporablja pri magnetni levitaciji, kar pomeni, da lahko telo visi brez podpore, razen magnetnega polja
- Potencialne aplikacije tega učinka vključujejo predvsem; transportna vozila, ki levitirajo magnetno, nosilci z nizkimi vibracijami, kotalni ležaji itd.
- Ta učinek se uporablja v superprevodnikih za oblikovanje magnetnih ščitov, ki ščitijo občutljive naprave pred magnetnimi motnjami.
- Ta učinek omogoča izdelavo močnih superprevodnih magnetov za slikanje z magnetno resonanco in pospeševanje delcev.
- To se uporablja na vplivnih področjih, kot so znanstvene raziskave, medicinsko slikanje, transport itd.
Kdo je odkril Seebeckov učinek?
Seebeckov učinek je leta 1821 odkril nemški fizik »Thomas Johann Seebeck«.
Zakaj je Seebeckov učinek pomemben?
Seebeckov učinek je uporaben pri merjenju temperature z veliko občutljivostjo in natančnostjo za proizvodnjo električne energije za različne aplikacije.
Kaj je Seebeckov učinek in kako se izkorišča za merjenje temperature?
Seebeckov učinek je pojav, ko se temperaturna razlika med dvema različnima električnima prevodnikoma (ali) polprevodniki ustvarja napetostno nesorazmerje med obema snovema. Ko je toplota zagotovljena enemu od obeh prevodniki (ali) polprevodnikov, nato pa segreti elektroni tečejo do hladnejšega prevodnika (ali) polprevodnika. Razlika v temperaturi tvori EMF, imenovan Seebeckov učinek.
Zakaj Seebeck narašča s temperaturo?
Vrednost Seebeckovega koeficienta je pozitivna nad izmerjenim temperaturnim območjem, kar kaže na zmogljivost tipa p, in narašča s povišanjem temperature. Električna prevodnost se poveča, ko se temperatura poveča, kar kaže na učinkovitost polprevodnikov.
Kaj je Meissnerjev učinek in kako se uporablja pri magnetni levitaciji?
Ta učinek omogoča magnetno levitacijo, tako da dobri prevodniki zadržijo magnetno polje, kadarkoli se spremenijo v superprevodne. Ko je prevodnik ohlajen pod svojo kritično temperaturo, se magnetna polja izločijo, da ustvarijo levitacijski učinek.
Kaj je Meissnerjev učinek, ki kaže, da so superprevodniki popolni diamagnetni materiali?
Superprevodniki znotraj Meissnerjevega stanja kažejo idealen diamagnetizem (ali) super diamagnetizem, kar pomeni, da ima superprevodnik magnetno občutljivost -1.
Torej, to je pregled Meissnerjevega učinka , izpeljava, razlike in njegove uporabe. To je izgon magnetnega polja iz prehoda superprevodnikov v superprevodno stanje pod kritično temperaturo. Ta učinek znotraj superprevodnosti vključuje generiranje površinskega električnega toka, ki ustvarja protimagnetno polje, da izniči zunanja magnetna polja. Tukaj je vprašanje za vas, kaj je superprevodnik?
