1933-ban Robert Ochsenfeld és Walther Meißner német fizikusok áttörő felfedezést tettek a Meissner-effektus néven. Vizsgálatuk során megmérték a szupravezető ón- és ólomminták mágneses téreloszlását. Amikor ezeket a mintákat szupravezető átmeneti hőmérsékletük alá hűtötték és mágneses térnek tették ki, Ochsenfeld és Meißner figyelemre méltó jelenséget figyeltek meg. A mintákon kívüli mágneses tér megnőtt, jelezve a mágneses tér kiszorulását a mintákon belül. Ezt a jelenséget, amikor egy szupravezetőben alig vagy egyáltalán nem mutat mágneses teret, Meissner-állapotnak nevezik. Ez az állapot azonban hajlamos a tönkremenetelre erős mágneses mezők hatására. Ez a cikk áttekintést nyújt a Meissner-effektusról, annak mechanizmusairól és gyakorlati alkalmazásairól.
Mi a Meissner-effektus?
A Meissner-effektus a mágneses tér kilökődése a szupravezető szupravezető állapotba váltása során, amikor kritikus hőmérséklet alá hűtik. Ez a mágneses mező kilökődése ellenáll a közeli mágnesnek, és a Meissner-állapot lebomlik, amikor az alkalmazott mágneses tér nagyon erős.
A szupravezetők két osztályban állnak rendelkezésre a leállási mód szerint, mint például az I. és a II. Az I. típus a szén nanocsöveken és a nióbiumon kívül a legtisztább elemi szupravezető, míg a II.
Meissner-effektus a szupravezetőben
Amikor a szupravezetőket kritikus hőmérsékletre hűtik, akkor kiszorítják a mágneses teret, és nem engedik beléjük a mágneses teret, ezért ezt a jelenséget a szupravezetőkben Meissner-effektusnak nevezik.
Amikor egy szupravezető anyag a kritikus hőmérséklete alá hűl, akkor szupravezető állapotba kerül, így az anyag elektronjai párokat alkotnak, ún. Cooper párok. Ezek a párok ellenállás nélkül mozognak az anyagban. Ugyanakkor az anyag ideális diamágnesességet mutat a mágneses mezők taszítására.
Ez a taszítás arra késztetheti a mágneses erővonalakat, hogy megközelítőleg a szupravezetőt meghajlítsák, és olyan felületi áramot hoznak létre, amely pontosan kioltja az anyagban lévő külső mágneses teret, így a mágneses tér hatékonyan kilökődik a szupravezetőből, és Meissner-effektus lép fel.
A Meissner-effektus példája a következő ábrán látható. Ez a Meissner-állapot megszakad, amikor a mágneses tér egy rögzített értéket meghaladóan erősödik, és a minta normál vezetőként viselkedik.
Tehát ezt a bizonyos mágneses térértéket, amelyen túl a szupravezető visszatér normál állapotába, kritikus mágneses térnek nevezzük. Itt a kritikus mágneses mező értéke elsősorban a hőmérséklettől függ. Amikor a hőmérséklet a kritikus hőmérséklet alá csökken, a kritikus mágneses mező értéke nő. Az alábbi Meissner-effektus grafikonja megmutatja a kritikus mágneses mezőn belüli hőmérséklet változását.
Származtatás
A két alapvető információ, amelyet a matematikai adatok biztosításához használnak a Meissner-effektus levezetése vannak; az energiamegmaradás elve és a fő kapcsolat a mágneses mezők, valamint az elektromos áramok között. Az elektromotoros erő az a feszültség, amelyet a zárt áramkörön belüli mágneses fluxus változása generál. A Faraday-féle indukciós törvényen alapuló elektromotoros erő egy zárt áramkörön belül egyenesen arányos a mágneses tér változási sebességével az egész áramkörben. És így,
ε = -dΦ/dt
A fenti összefüggés felhasználásával arra a következtetésre juthatunk, hogy amikor egy anyag normál állapotból szupravezető állapotba megy át, akkor bármilyen mágneses fluxus F'e az anyagban eredetileg létezőnek meg kell változnia. Tehát ez a változás elektromotoros erőt hoz létre, és árnyékoló áramokat hoz létre az anyag felületén. A fluxuson belüli változással szembeni ellenállás az, ami arra kényszeríti a Meissner-effektust, hogy kilökje a külső mágneses teret.
Fluxus rögzítés vs Meissner effektus
A fluxus rögzítése és a Meissner-effektus közötti fő különbségek megértése minden bizonnyal kibővíti a szupravezető jelenségek megértését, és azt mondja nekünk, hogy a szupravezetés egy gazdag kölcsönhatásban lévő erő és az anyag kivételes körülményei. A Flux Pinning és a Meissner Effect közötti különbséget az alábbiakban tárgyaljuk.
|
Fluxus rögzítése |
Meissner-effektus |
| A fluxus rögzítése egy olyan jelenség, amely a mágneses mező és a magas hőmérsékletű szupravezető közötti kapcsolatokat írja le. | A Meissner-effektus a mágneses fluxus kilökődése, amikor egy anyag szupravezetővé válik a mágneses térben. |
| A fluxus rögzítést kvantumzárnak is nevezik. | A Meissner-effektus Bardeen-Cooper-Schrieffer elméletként is ismert. |
| A Flux Pinning mágneses tér visszatartása korlátozott.
|
Ez megmagyarázza a szupravezető teljes mágneses térkiszorítását. |
| A fluxus rögzítése minden szupravezetőre vonatkozik.
|
A Meissner-effektus csak a II. típusú szupravezetőkre vonatkozik. |
| A fluxus rögzítése mágneses hiszteretikus teljesítményt okozhat a fluxusvonalak mozgása miatt. | Ez a hatás ideális diamágnesességet mutat a kritikus hőmérsékleten. |
Paramágneses Meissner-effektus kis szupravezetőkben
Ez a hatás a szupravezetők legalapvetőbb tulajdonsága, és nulla ellenállást jelent. Jelenleg számos kísérlet kimutatta, hogy egyes szupravezető minták mágneses teret vonzhatnak, amelyet paramágneses Meissner-effektusnak neveznek. Ez az effektus a mágneses tér oszcilláló függvénye, amely egyszerűen egy bizonyos mező felett helyettesíti a tipikus Meissner-effektust, amikor számos fluxuskvantum fagy meg egy szupravezetőben.
A paramágneses állapot metastabilnak bizonyult, és a Meissner állapot külső zaj hatására helyreáll. Tehát a paramágneses Meissner-effektus a felületi szupravezetéshez kapcsolódik, így közös szupravezető tulajdonságot képvisel. A hőmérséklet csökkentésével a szupravezető burkolatban a felület kritikus mezőjénél felfogott fluxus kisebb térfogatra csökken, lehetővé téve a további fluxus bejutását a felületbe.
Alkalmazások
A a Meissner-effektus alkalmazásai a következőket tartalmazzák.
- Ezt használják a Quantum Levitation vagy a Quantum Trapping programban a közelgő szállítási technológiák és a finom mágneses változások mérésére szolgáló SQUID-műveletek fejlesztésére.
- Ezt a hatást a mágneses levitáció során használják, ami azt jelenti, hogy a testet a mágneses mezőtől eltekintve támasz nélkül is fel lehet függeszteni
- Ennek az effektusnak a lehetséges alkalmazásai főként a következők: mágnesesen lebegtetett szállítójárművek, alacsony vibrációjú tartók, súrlódásmentes csapágyak stb.
- Ezt a hatást a szupravezetőkben használják mágneses pajzsok kialakítására, amelyek megvédik az érzékeny eszközöket a mágneses interferencia ellen.
- Ez a hatás lehetővé teszi erős szupravezető mágnesek készítését mágneses rezonancia képalkotáshoz és részecskegyorsító alkalmazásokhoz.
- Ezt olyan befolyásoló területeken használják, mint a tudományos kutatás, az orvosi képalkotás, a szállítás stb.
Ki fedezte fel a Seebeck-effektust?
A Seebeck-effektust 1821-ben fedezte fel német fizikus, nevezetesen „Thomas Johann Seebeck”.
Miért fontos a Seebeck-effektus?
A Seebeck-effektus hasznos a hőmérséklet nagy érzékenységgel és pontossággal történő mérésében, hogy elektromos energiát állítson elő különféle alkalmazásokhoz.
Mi a Seebeck-effektus, és hogyan használják ki a hőmérséklet mérésére?
A Seebeck-effektus olyan jelenség, amikor két különböző elektromos vezető (vagy) hőmérséklet-ingadozása félvezetők feszültségkülönbséget hoz létre a két anyag között. Miután a hő biztosított a kettő közül karmesterek (vagy) félvezetők, majd felmelegített elektronok áramlanak a hűtővezető (vagy) félvezető felé. A hőmérsékletkülönbség egy EMF-et hoz létre, amelyet Seebeck-effektusnak neveznek.
Miért nő a Seebeck a hőmérséklettel?
A Seebeck-együttható értéke pozitív a mért hőmérsékleti tartomány felett, ami p-típusú teljesítményt mutat, és a hőmérséklet emelkedésével nő. Az elektromos vezetőképesség növekszik, amikor a hőmérséklet emelkedik, ami a félvezető teljesítményét jelzi.
Mi a Meissner-effektus, és hogyan használják a mágneses levitációban?
Ez az effektus lehetővé teszi a mágneses levitációt azáltal, hogy a jó vezetőket távol tartja a mágneses teret, amikor szupravezetővé alakul. Miután a vezető a kritikus hőmérséklet alá hűlt, a mágneses mezők kilökődnek a lebegő hatás létrehozása érdekében.
Mi az a Meissner-effektus, amely megmutatja, hogy a szupravezetők tökéletes diamágneses anyagok?
A Meissner állapotú szupravezetők ideális diamágnesességet (vagy szuperdiamágnesességet) mutatnak, ami azt jelenti, hogy a szupravezető -1 mágneses szuszceptibilitású.
Tehát ez az a Meissner-effektus áttekintése , levezetése, különbségei és alkalmazásai. Ez a mágneses tér kilökődése a szupravezetők kritikus hőmérséklet alatti szupravezető állapotba való átmenetéből. Ez a szupravezetésen belüli hatás magában foglalja a felületi elektromos áram generálását, amely ellenmágneses mezőt hoz létre a külső mágneses mezők kizárására. Itt egy kérdés, hogy mi az a szupravezető?
