Године 1933., немачки физичари Роберт Оксенфелд и Валтер Мајснер дошли су до револуционарног открића познатог као Мајснеров ефекат. Њихово истраживање је укључивало мерење дистрибуције магнетног поља које окружује суправодљиве узорке калаја и олова. Након хлађења ових узорака испод њихове суправодљиве прелазне температуре и подвргавања магнетном пољу, Оксенфелд и Мајснер су приметили изузетан феномен. Магнетно поље изван узорака се повећало, што указује на избацивање магнетног поља из узорака. Овај феномен, где супрапроводник показује мало или нимало магнетног поља унутар себе, назива се Мајснерово стање. Међутим, ово стање је подложно квару под утицајем јаких магнетних поља. Овај чланак даје преглед Мајснеровог ефекта, његових механизама и практичне примене.
Шта је Мајснеров ефекат?
Мајснеров ефекат је избацивање магнетног поља из а суперпроводник током његове промене у суправодљиво стање кад год се охлади на критичну температуру. Ово избацивање магнетног поља ће се одупрети оближњем магнету и Меисснерово стање ће се разбити кад год је примењено магнетно поље веома јако.
Суперпроводници су доступни у две класе засноване на томе како се квар дешава као тип И и тип ИИ. Тип И су најчистији елементарни суперпроводници осим угљеничних наноцеви и ниобијума, док су тип ИИ скоро сви спојеви и нечисти суперпроводници.
Мајснеров ефекат у суперпроводнику
Кад год се суперпроводници охладе под критичном температуром, они избацују магнетно поље и не дозвољавају да магнетно поље уђе у њих, тако да је овај феномен у суперпроводницима познат као Мајснеров ефекат.
Кад год се суправодљиви материјал охлади испод своје критичне температуре, онда прелази у суправодљиво стање, тако да електрони материјала формирају парове тзв. Цоопер парови. Ови парови се крећу без икаквог отпора кроз материјал. У исто време, материјал показује идеалан дијамагнетизам за одбијање магнетних поља.
Ово одбијање може проузроковати да се линије магнетног поља савијају приближно суперпроводнику како би се створила површинска струја која прецизно поништава спољашње магнетно поље у материјалу, тако да се магнетно поље ефикасно избацује из суперпроводника и долази до Мајснеровог ефекта.
Пример Мајснеровог ефекта приказан је на следећој слици. Ово Мајснерово стање се прекида кад год се магнетно поље повећа изнад фиксне вредности и узорак се понаша као нормалан проводник.
Дакле, ова одређена вредност магнетног поља изнад које се суперпроводник враћа у своје нормално стање је позната као критично магнетно поље. Овде критична вредност магнетног поља углавном зависи од температуре. Када се температура испод критичне температуре смањи, критична вредност магнетног поља се повећава. Доњи График Мајснеровог ефекта показује промену унутар критичног магнетног поља кроз температуру.
Деривација
Две суштинске информације које се користе за пружање математичке извођење Мајснеровог ефекта аре; принцип очувања енергије и главни однос између магнетних поља као и електричних струја. Електромоторна сила је генерисани напон променом унутар магнетног флукса кроз затворено коло. ЕМФ или електромоторна сила заснована на Фарадејевом закону индукције унутар затвореног кола је директно пропорционална брзини промене магнетног поља у кругу. Тако,
ε = -дΦ/дт
Користећи горњу релацију, можемо закључити да сваки пут када пређе материјал из обичног у суправодљиво стање, било који магнетни флукс ' Ф' е који првобитно постоје у материјалу требало би да се промени. Дакле, ова промена ће створити електромоторну силу и створити скрининг струје на површини материјала. Отпор овој промени унутар флукса је оно што приморава Мајснеров ефекат да избаци спољашње магнетно поље.
Флук Пиннинг против Меисснеровог ефекта
Разумевање главних разлика између причвршћивања флукса и Мајснеровог ефекта свакако проширује разумевање суправодљивих феномена и говори нам да је суперпроводљивост богата интеракцијска сила и изузетни услови материје. Разлика између Флук Пиннинга и Меисснеровог ефекта је објашњена у наставку.
|
Флук Пиннинг |
Меисснер Еффецт |
| Причвршћивање флукса је врста феномена који описује односе између магнетног поља и високотемпературног суперпроводника. | Мајснеров ефекат је избацивање магнетног флукса кад год се материјал претвори у суправодљиви унутар магнетног поља. |
| Причвршћивање флукса је такође познато као квантно закључавање. | Мајснеров ефекат је такође познат као Бардин-Купер-Шриферова теорија. |
| Флук Пиннинг има ограничено задржавање магнетног поља.
|
Ово објашњава потпуно избацивање магнетног поља из суперпроводника. |
| Причвршћивање флукса се примењује на све суперпроводнике.
|
Мајснеров ефекат се примењује само на суперпроводнике типа ИИ. |
| Причвршћивање флукса може изазвати магнетне хистерезне перформансе због кретања линија флукса. | Овај ефекат показује идеалан дијамагнетизам на критичној температури. |
Парамагнетски Мајснеров ефекат у малим суперпроводницима
Овај ефекат је најосновније својство суперпроводника и подразумева нулту отпорност. Тренутно је неколико експеримената открило да неки супрапроводљиви узорци могу привући магнетно поље које се назива парамагнетски Мајснеров ефекат. Овај ефекат је осцилирајућа функција за магнетно поље које замењује типичан Мајснеров ефекат једноставно изнад одређеног поља кад год су бројни кванти флукса замрзнути у супрапроводнику.
Утврђено је да је парамагнетно стање метастабилно и да се Меисснерово стање обнавља спољашњим шумом. Дакле, парамагнетски Мајснеров ефекат је повезан са површинском суперпроводљивошћу, тако да представља уобичајено својство супрапроводника. Смањењем температуре, ухваћени флукс на критичном пољу површине у суправодљивом поклопцу смањује се на мању запремину дозвољавајући додатном флуксу да уђе у површину.
Апликације
Тхе примена Мајснеровог ефекта укључи следеће.
- Ово се користи у квантној левитацији или квантном хватању за развој надолазећих транспортних технологија и операција СКУИД-а за мерење суптилних магнетних промена.
- Овај ефекат се користи у оквиру магнетне левитације што значи да тело може бити суспендовано без подршке осим магнетног поља
- Потенцијалне примене овог ефекта углавном укључују; транспортна возила која магнетно левитирају, носачи са ниским вибрацијама, лежајеви без трења итд.
- Овај ефекат се користи у суперпроводницима за формирање магнетних штитова који штите осетљиве уређаје од магнетних сметњи.
- Овај ефекат омогућава прављење моћних суперпроводних магнета за магнетну резонанцу и апликације за акцелераторе честица.
- Ово се користи у областима као што су научна истраживања, медицинско снимање, транспорт итд.
Ко је открио Сеебеков ефекат?
Зебеков ефекат је открио немачки физичар „Тхомас Јохан Зебек“ 1821.
Зашто је Зебеков ефекат важан?
Сеебецк ефекат је користан у мерењу температуре са огромном осетљивошћу и прецизношћу за производњу електричне енергије за различите примене.
Шта је Зебеков ефекат и како се користи за мерење температуре?
Сеебецк ефекат је појава у којој температурна варијација између два различита електрична проводника (или) полупроводници ствара диспаритет напона између две супстанце. Једном када се топлота обезбеди једном од њих проводници (или) полупроводника, а затим загрејани електрони теку у хладнији проводник (или) полупроводник. Разлика у температури формира ЕМФ који се зове Зебеков ефекат.
Зашто се Сеебецк повећава са температуром?
Вредност Зебековог коефицијента је позитивна изнад измереног опсега температуре, што показује перформансе п-типа и расте са порастом температуре. Електрична проводљивост се повећава кад год се температура повећа, што указује на перформансе полупроводника.
Шта је Мајснеров ефекат и како се користи у магнетној левитацији?
Овај ефекат омогућава магнетну левитацију тако што чини да добри проводници држе даље од магнетног поља кад год се претворе у суперпроводне. Када се проводник охлади испод критичне температуре, магнетна поља се избацују да би се створио ефекат левитације.
Шта је Мајснеров ефекат који показује да су суперпроводници савршени дијамагнетни материјали?
Суперпроводници у Мајснеровом стању показују идеалан дијамагнетизам (или) супер дијамагнетизам што значи да суперпроводник има -1 магнетну осетљивост.
Дакле, ово је преглед Мајснеровог ефекта , извођење, разлике и његове примене. Ово је избацивање магнетног поља из преласка суперпроводника у суправодљиво стање испод критичне температуре. Овај ефекат у оквиру суперпроводљивости укључује стварање површинске електричне струје која ствара контра-магнетно поље да негира спољашња магнетна поља. Ево питања за вас, шта је суперпроводник?
