Efekt Meissnera

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Chłodzony ciekłym azotem magnes lewitujący nad nadprzewodnikiem wysokotemperaturowym
Linie pola magnetycznego zostają wypchnięte z nadprzewodnika w temperaturze niższej od krytycznej

Efekt Meissnera, zjawisko Meissnera, także efekt Meissnera-Ochsenfelda lub zjawisko Meissnera-Ochsenfeldazjawisko zaniku pola magnetycznego (wypchnięcia pola magnetycznego) w nadprzewodniku, gdy przechodzi on w stan nadprzewodzący. Zjawisko zostało odkryte w 1933 roku przez Walthera Meissnera i Roberta Ochsenfelda.

Fritz Walther Meissner, niem. Meißner (ur. 16 grudnia 1882 w Berlinie, zm. 16 listopada 1974 w Monachium) – fizyk niemiecki. W 1933 odkrył w nadprzewodnikach tzw. efekt Meissnera.Lewitacja (łac. levitas = lekkość) – unoszenie się obiektu w wyniku oddziaływania sił równoważących siłę grawitacji i utrzymywanie bez kontaktu z podłożem. Istnieje wiele technik utrzymywania obiektów w stanie lewitacji, między innymi oddziaływania hydro- i aerodynamiczne, akustyczne, optyczne, elektrostatyczne i elektromagnetyczne. W przypadku, gdy obiekt podtrzymywany jest mechanicznie w jednym ze stopni swobody mówi się o quasilewitacji, natomiast lewitacja otrzymywana poprzez połączenie kilku metod nazywana jest lewitacją hybrydową.

Zjawisko to jest podstawą do określenia, czy dany przewodnik o zerowym oporze elektrycznym jest nadprzewodnikiem.

Opis zjawiska[ | edytuj kod]

Zewnętrzne pole magnetyczne o natężeniu mniejszym od granicznego nie wnika do nadprzewodnika, z wyjątkiem jego cienkiej warstwy przypowierzchniowej (jej grubość nazywa się głębokością wnikania Londonów); natężenie pola magnetycznego wewnątrz nadprzewodnika jest równe zeru. Graniczne natężenie, powyżej którego nadprzewodnictwo nie występuje, zależy od materiału nadprzewodnika oraz temperatury.

Zjawisko fizyczne – przemiana, na skutek której zmieniają się właściwości fizyczne ciała lub obiektu fizycznego.Nadprzewodnictwo – stan materiału polegający na zerowej rezystancji, jest osiągany w niektórych materiałach w niskiej temperaturze.

Gdy natężenie zewnętrznego pola magnetycznego przekroczy natężenie graniczne, zjawisko nadprzewodnictwa zanika, a pole magnetyczne zaczyna wnikać do wnętrza materiału. Jeżeli natężenie pola ponownie zmniejszy się, to znów ciało przechodzi w stan nadprzewodnictwa, a pole magnetyczne zostanie wypchnięte z wnętrza próbki. Przyczyną wypchnięcia jest pojawienie się w powierzchownej warstwie nadprzewodnika prądu elektrycznego o takim natężeniu, że wytworzone przez niego pole magnetyczne kompensuje pole magnetyczne wewnątrz nadprzewodnika. Związana z tym siła może utrzymać bryłkę nadprzewodnika nad stacjonarnym magnesem – jest to zjawisko lewitacji nadprzewodnika. Lewitujący w ten sposób nadprzewodzący magnes ma szczególną właściwość: może pozostawać w bezruchu (dzięki liniom pola magnetycznego uwięzionym w defektach sieci krystalicznej) lub wirować.

Rezystancja (opór elektryczny, opór czynny, oporność, oporność czynna) – wielkość charakteryzująca relacje między napięciem a natężeniem prądu elektrycznego w obwodach prądu stałego. W obwodach prądu przemiennego rezystancją nazywa się część rzeczywistą zespolonej impedancji.Termin nadprzewodniki wysokotemperaturowe został użyty do określenia nowej rodziny materiałów ceramicznych o strukturze perowskitu odkrytych przez Johannesa G. Bednorza i K. A. Müllera w 1986 roku za odkrycie których otrzymali oni Nagrodę Nobla. Odkryli oni nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe w związkach L a 2 − x B a x C u O 2 {displaystyle La_{2-x}Ba_{x}CuO_{2}} (zwanych krócej w literaturze związkami Ba-La-Cu-O lub po postu LBCO), które występowało w temperaturze 35 K, nieco powyżej granicy, którą teoria BCS określała jako temperaturową granicę nadprzewodnictwa.


Wyjaśnienie fenomenologiczne[ | edytuj kod]

Pierwszym wyjaśnieniem teoretycznym efektu Meissnera jest równanie Londonów:

i równanie Maxwella:

Teoria Londonów – pierwszy teoretyczny opis zjawiska nadprzewodnictwa zaproponowany w 1935 roku przez braci Fritza i Heinza Londonów.Równania Maxwella – cztery podstawowe równania elektrodynamiki klasycznej zebrane i rozwinięte przez Jamesa Clerka Maxwella. Opisują one właściwości pola elektrycznego i magnetycznego oraz zależności między tymi polami.

gdzie:

Robert Ochsenfeld (ur. 18 maja 1901 w Hilchenbach, zm. 5 grudnia 1993 w Hilchenbach) – fizyk niemiecki. W 1933, wraz z Fritzem Meissnerem odkrył zjawisko znane jako Efekt Meissnera (lub Meissnera-Ochsenfelda).Magnes neodymowy – magnes trwały (magnes stały) wytwarzany ze związku neodymu, żelaza i boru Nd2Fe14B. Produkowany jest metodami metalurgii proszków czyli prasowania sproszkowanych komponentów w polu magnetycznym w podwyższonej temperaturze. Magnesy te wytwarzają bardzo silne pole magnetyczne, co przekłada się na dużą siłę przyciągania. Ich temperatura Curie wynosi od 310 do 330 °C.
– gęstość prądu, – lokalna indukcja magnetyczna, – głębokość wnikania.

Ponieważ pole magnetyczne jest wirowe, to

Operator Laplace’a (laplasjan) – operator różniczkowy drugiego rzędu, szczególnie ważny element klasy operatorów eliptycznych. Jego nazwa pochodzi od nazwiska Pierre’a Simona de Laplace’a.Pole magnetyczne – stan przestrzeni, w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu. Pole magnetyczne, obok pola elektrycznego, jest przejawem pola elektromagnetycznego. W zależności od układu odniesienia, w jakim znajduje się obserwator, to samo zjawisko może być opisywane jako objaw pola elektrycznego, magnetycznego albo obu.

Wynika stąd, że:

Równanie Schrödingera – jedno z podstawowych równań nierelatywistycznej mechaniki kwantowej (obok równania Heisenberga), sformułowane przez austriackiego fizyka Erwina Schrödingera w 1926 roku. Opisuje ono ewolucję układu kwantowego w czasie. W nierelatywistycznej mechanice kwantowej odgrywa rolę analogiczną do drugiej zasady dynamiki Newtona w mechanice klasycznej.

Ponieważ laplasjan jest równy zero, pole magnetyczne wewnątrz nadprzewodnika, poniżej głębokości wnikania, wynosi zero.

Fenomenologiczna teoria Londonów pozwoliła na wyjaśnienie eksperymentów bez podania mikroskopowych przyczyn powstawania nadprzewodnictwa. Pierwszą teorią mikroskopową, z której wynika efekt Meissnera, jest teoria BCS.

Bibliografia[ | edytuj kod]

  • Michel Cyrot, Davor Pavuna: Wstęp do nadprzewodnictwa. Nadprzewodniki wysokotemperaturowe. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1996. ISBN 83-01-11937-3.




  • Reklama