Эффект Мейснера и квантовая левитация


Эффект Мейснера и квантовая левитация.

 

 

Эффект Мейснера означает полное вытеснение внешнего магнитного поля из объёма проводника при его переходе в сверхпроводящее состояние.

 




Эффект Мейснера и квантовая левитация:

Эффект Мейснера был назван по имени первооткрывателя – Вальтерса Фрица Мейснера. Впервые данное явление экспериментально наблюдалось в 1933 году немецкими физиками Вальтерсом Фрицем Мейснером и Робертом Оксенфельдом.

Эффект Мейснера означает полное вытеснение внешнего магнитного поля из объёма проводника при его переходе в сверхпроводящее состояние.  Внутри сверхпроводника  намагниченность равна нулю. В этом отношении сверхпроводник ведёт себя формально как идеальный диамагнетик. Однако он не является диамагнетиком, так как внутри него намагниченность равна нулю. В поверхностном слое сверхпроводника действуют незатухающие электрические токи, которые создают внутреннее магнитное поле, противоположно направленное внешнему, приложенному магнитному полю и компенсирующее его.

@ https://youtu.be/nszEn3qKAKw

Полный эффект Мейснера наблюдается не у всех сверхпроводников. Вещества, проявляющие полный эффект Мейснера, называются сверхпроводниками первого рода, а проявляющие частичный – сверхпроводниками второго рода. Для сверхпроводников второго рода магнитное поле в интервале значений Hc1 –  Hc2 проникает внутрь и действует в виде вихрей Абрикосова. Однако стоит отметить, что в низких магнитных полях (ниже значения Hc и Hc1) полным эффектом Мейснера обладают все типы сверхпроводников.

Полный эффект Мейснера наблюдается у чистых веществ. Но их количество немногочисленно. Чаще сверхпроводимость бывает у сплавов. У них (сплавов) не происходит полного выталкивания магнитного поля из объёма, т.е. наблюдается частичный эффект Мейснера.

Отсутствие магнитного поля в объеме сверхпроводника означает, что электрический ток протекает только в поверхностном слое сверхпроводника. Внешнее магнитное поле выталкивается из сверхпроводника как раз магнитным полем, создаваемым электрическим током, циркулирующим в его поверхностном слое, толщина которого приблизительно равна глубине проникновения. Этот электрический ток в поверхностном слое создает магнитное поле, которым компенсируется поле, приложенное извне, не позволяя ему проникнуть внутрь. При  достижении магнитным полем критического значения оно полностью проникает через глубину проникновения и захватывает весь сверхпроводник.

эффект Мейснера

Рис. 1. Схема эффекта Мейснера

На схеме показаны линии магнитного поля и их вытеснение из сверхпроводника, находящегося ниже своей критической температуры Тс, при температуре окружающей среды Т.

@ https://ru.wikipedia.org/wiki/Эффект_Мейснера

 

Глубина проникновения (также именуется лондоновской глубиной проникновения, была названа в честь братьев Лондон) – это расстояние, на которое магнитный поток проникает в сверхпроводник.  Глубина проникновения является функцией температуры, прямо пропорционально ей и различна в разных материалах.

Если взять сверхпроводник (соответственно предварительно охлажденный), а потом поднести к нему мощный магнит, то такой сверхпроводник образует свое собственное магнитное поле, схожее по силе с полем магнита. В результате магнитные поля сверхпроводника и магнита выталкивают друг друга и магнит спокойно левитирует – парит над сверхпроводником. Данный эксперимент является  наглядной демонстрацией эффекта Мейснера и именуется квантовой левитацией (либо в некоторых научных источниках – эффектом Мейснера). Соответственно наоборот, если поместить сверхпроводник над магнитом, то сверхпроводник благодаря действию эффекта Мейснера также будет парить – левитировать над магнитом.

Магнитное поле буквально «хватает» сверхпроводник и цепко «держит» его в любом положении, в котором бы он не находился изначально: над или под магнитом. В полях, магнитная индукция которых составляет 0,001 Тл, заметно смещение магнита или сверхпроводника вверх на расстояние порядка одного сантиметра. При увеличении магнитного поля вплоть до критического магнит или сверхпроводник поднимается всё выше.

Можно не только просто стационарно удержать сверхпроводник или магнит в нужном положении в воздухе, но и заставить сверхпроводник двигаться над и даже под магнитными «рельсами» с высокой скоростью. При этом сверхпроводник двигается только в том направлении, в каком магнитное поле магнита остаётся неизменным. Явление это еще получило название «квантовый замок».

Как только температура сверхпроводника становится выше критической, то он перестаёт парить.

Обычно, в опыте по квантовой левитации используется  сверхпроводник 2-го рода. Это обуславливается тем, что своей критической температуры он достигает при помощи более дешёвого жидкого азота (имеющего температуру ниже -195,795 °C), а не более дорогого жидкого гелия (имеющего температуру ниже  -268,928 °C).

 

© Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com, https://ru.wikipedia.org/wiki/Эффект_Мейснера

Видео https://youtu.be/nszEn3qKAKw

 





Найти что-нибудь еще?










карта сайта