1933. gadā vācu fiziķi Roberts Oksenfelds un Valters Meisners veica revolucionāru atklājumu, kas pazīstams kā Meisnera efekts. Viņu izmeklēšana ietvēra magnētiskā lauka sadalījuma mērīšanu ap supravadošiem alvas un svina paraugiem. Atdzesējot šos paraugus zem supravadītāja pārejas temperatūras un pakļaujot tos magnētiskajam laukam, Ochsenfeld un Meißner novēroja ievērojamu parādību. Magnētiskais lauks ārpus paraugiem palielinājās, norādot uz magnētiskā lauka izraidīšanu no paraugiem. Šo parādību, kad supravadītāja magnētiskais lauks tajā ir maz vai vispār nav, tiek saukts par Meisnera stāvokli. Tomēr šis stāvoklis ir jutīgs pret sabrukšanu spēcīgu magnētisko lauku ietekmē. Šajā rakstā ir sniegts pārskats par Meisnera efektu, tā mehānismiem un praktisko pielietojumu.
Kas ir Meisnera efekts?
Meisnera efekts ir magnētiskā lauka izstumšana no a supravadītājs pārejot uz supravadītāju stāvokli, kad tas tiek atdzesēts zem kritiskās temperatūras. Šī magnētiskā lauka izstumšana izturēs tuvumā esošo magnētu, un Meisnera stāvoklis izjauks ikreiz, kad pielietotais magnētiskais lauks būs ļoti spēcīgs.
Supravadītāji ir pieejami divās klasēs, pamatojoties uz to, kā notiek sadalījums, piemēram, I un II tips. I tips ir vistīrākie elementu supravadītāji, izņemot oglekļa nanocaurules un niobija, turpretim II tips ir gandrīz visi salikti un netīri supravadītāji.
Meisnera efekts supravadītājā
Ikreiz, kad supravadītāji tiek atdzesēti zem kritiskās temperatūras, tie izspiež magnētisko lauku un neļauj magnētiskajam laukam iekļūt tajos, tāpēc šo parādību supravadītājos sauc par Meisnera efektu.
Ikreiz, kad supravadošs materiāls tiek atdzesēts zem tā kritiskās temperatūras, tas pāriet supravadītājā stāvoklī, tāpēc materiāla elektroni veido pārus, ko sauc. Kūperu pāri. Šie pāri pārvietojas bez jebkādas pretestības visā materiālā. Tajā pašā laikā materiālam ir ideāls diamagnētisms, lai atvairītu magnētiskos laukus.
Šī atgrūšanās var likt magnētiskā lauka līnijām saliekt aptuveni supravadītāju, lai radītu virsmas strāvu, kas precīzi atceļ materiālā esošo ārējo magnētisko lauku, tādējādi magnētiskais lauks tiek efektīvi izspiests no supravadītāja un rodas Meisnera efekts.
Meisnera efekta piemērs ir parādīts nākamajā attēlā. Šis Meisnera stāvoklis pārtrūkst ikreiz, kad magnētiskais lauks palielinās, pārsniedzot fiksēto vērtību, un paraugs darbojas kā parasts vadītājs.
Tātad šī noteiktā magnētiskā lauka vērtība, pēc kuras supravadītājs atgriežas normālā stāvoklī, ir pazīstama kā kritiskais magnētiskais lauks. Šeit kritiskā magnētiskā lauka vērtība galvenokārt ir atkarīga no temperatūras. Kad temperatūra zem kritiskās temperatūras pazeminās, kritiskā magnētiskā lauka vērtība palielinās. Zemāk Meisnera efekta grafiks parāda izmaiņas kritiskajā magnētiskajā laukā temperatūras ietekmē.
Atvasinājums
Divas būtiskas informācijas daļas, ko izmanto, lai sniegtu matemātisko Meisnera efekta atvasinājums ir; enerģijas saglabāšanas princips un galvenās attiecības starp magnētiskajiem laukiem, kā arī elektriskām strāvām. Elektromotora spēks ir spriegums, ko rada magnētiskās plūsmas izmaiņas slēgtā ķēdē. EMF jeb elektromotora spēks, kas balstīts uz Faradeja indukcijas likumu, slēgtā ķēdē ir tieši proporcionāls magnētiskā lauka izmaiņu ātrumam visā ķēdē. Tādējādi
ε = -dΦ/dt
Izmantojot iepriekš minēto sakarību, mēs varam secināt, ka ikreiz, kad materiāls pāriet no parasta stāvokļa uz supravadošu stāvokli, jebkura magnētiskā plūsma ' F'e Materiālā sākotnēji esošajam saturam vajadzētu mainīties. Tātad šīs izmaiņas radīs elektromotora spēku un radīs skrīninga strāvas uz materiāla virsmas. Pretestība pret šīm izmaiņām plūsmā ir tā, kas liek Meisnera efektam izspiest ārējo magnētisko lauku.
Plūsmas piespraušana pret Meisnera efektu
Izpratne par galvenajām atšķirībām starp plūsmas piesaisti un Meisnera efektu noteikti paplašina izpratni par supravadītāja parādībām un norāda, ka supravadītspēja ir bagātīgs mijiedarbības spēks un ārkārtēji matērijas apstākļi. Atšķirība starp Flux Pinning un Meissner Effect ir aplūkota tālāk.
|
Plūsmas piespraušana |
Meisnera efekts |
| Plūsmas piespraušana ir parādības veids, kas raksturo attiecības starp magnētisko lauku un augstas temperatūras supravadītāju. | Meisnera efekts ir magnētiskās plūsmas izstumšana ikreiz, kad materiāls magnētiskajā laukā pārvēršas supravadītājā. |
| Plūsmas piespraušana ir pazīstama arī kā kvantu bloķēšana. | Meisnera efekts ir pazīstams arī kā Bārdīna-Kūpera-Šrīfera teorija. |
| Flux Pinning ir ierobežota magnētiskā lauka saglabāšana.
|
Tas izskaidro pilnīgu magnētiskā lauka izraidīšanu no supravadītāja. |
| Flux Pinning attiecas uz visiem supravadītājiem.
|
Meisnera efekts attiecas tikai uz II tipa supravadītājiem. |
| Plūsmas piespraušana var izraisīt magnētisku histērisku darbību plūsmas līniju kustības dēļ. | Šis efekts parāda ideālu diamagnētismu kritiskajā temperatūrā. |
Paramagnētiskais Meisnera efekts mazos supravadītājos
Šis efekts ir supravadītāju pamatīpašība un nozīmē nulles pretestību. Pašlaik vairāki eksperimenti ir atklājuši, ka daži supravadoši paraugi var piesaistīt magnētisko lauku, ko sauc par paramagnētisko Meisnera efektu. Šis efekts ir magnētiskā lauka svārstību funkcija, kas aizvieto tipisko Meisnera efektu vienkārši virs noteikta lauka, kad supravadītājā tiek sasaldēti daudzi plūsmas kvanti.
Tiek konstatēts, ka paramagnētiskais stāvoklis ir metastabils, un Meisnera stāvoklis tiek atjaunots ar ārēju troksni. Tātad paramagnētiskais Meisnera efekts ir saistīts ar virsmas supravadītspēju, tādējādi tas ir kopēja supravadītāja īpašība. Samazinot temperatūru, uztvertā plūsma virsmas kritiskajā laukā supravadošā apvalkā samazinās līdz mazākam tilpumam, ļaujot papildu plūsmai iekļūt virsmā.
Lietojumprogrammas
The Meisnera efekta pielietojumi iekļaujiet tālāk norādīto.
- To izmanto Quantum Levitation vai Quantum Trapping, lai izstrādātu gaidāmās transportēšanas tehnoloģijas un SQUID darbību, lai izmērītu smalkas magnētiskās izmaiņas.
- Šis efekts tiek izmantots magnētiskajā levitācijā, kas nozīmē, ka ķermeni var piekārt bez atbalsta, izņemot magnētisko lauku
- Šī efekta potenciālie lietojumi galvenokārt ietver: magnētiski levitēti transporta līdzekļi, zemas vibrācijas stiprinājumi, bezberzes gultņi utt.
- Šo efektu izmanto supravadītājos, lai izveidotu magnētiskus vairogus, kas aizsargā jutīgas ierīces no magnētiskiem traucējumiem.
- Šis efekts ļauj izgatavot spēcīgus supravadošus magnētus magnētiskās rezonanses attēlveidošanai un daļiņu paātrinātāju lietojumiem.
- To izmanto tādās ietekmējošās jomās kā zinātniskā izpēte, medicīniskā attēlveidošana, transportēšana utt.
Kurš atklāja Zēbeka efektu?
Zēbeka efektu 1821. gadā atklāja vācu fiziķis, proti, Tomass Johans Zēbeks.
Kāpēc Zēbeka efekts ir svarīgs?
Seebeck efekts ir noderīgs temperatūras mērīšanai ar lielu jutību un precizitāti, lai ražotu elektroenerģiju dažādiem lietojumiem.
Kas ir Zēbeka efekts un kā to izmanto temperatūras mērīšanai?
Zībeka efekts ir notikums, kurā temperatūras svārstības starp diviem dažādiem elektriskajiem vadītājiem (vai) pusvadītāji rada sprieguma atšķirību starp abām vielām. Kad siltums tiek nodrošināts vienam no diviem diriģenti (vai) pusvadītāji, un pēc tam uzkarsēti elektroni plūst uz dzesētāja (vai) pusvadītāju. Temperatūras atšķirība veido EML, ko sauc par Zēbeka efektu.
Kāpēc Zēbeks palielinās līdz ar temperatūru?
Zēbeka koeficienta vērtība ir pozitīva virs izmērītā temperatūras diapazona, kas parāda p-tipa veiktspēju un palielinās līdz ar temperatūras paaugstināšanos. Elektriskā vadītspēja palielinās ikreiz, kad paaugstinās temperatūra, kas norāda uz pusvadītāju veiktspēju.
Kas ir Meisnera efekts un kā tas tiek izmantots magnētiskajā levitācijā?
Šis efekts nodrošina magnētisko levitāciju, liekot labiem vadītājiem novērst magnētisko lauku, kad tie pārvēršas supravadītājos. Kad vadītājs ir atdzesēts zem kritiskās temperatūras, magnētiskie lauki tiek izspiesti, lai radītu levitācijas efektu.
Kas ir Meisnera efekts, kas parāda, ka supravadītāji ir ideāli diamagnētiski materiāli?
Supravadītāji Meisnera stāvoklī uzrāda ideālu diamagnētismu (vai superdiamagnētismu), kas nozīmē, ka supravadītāja magnētiskā jutība ir -1.
Tādējādi tas ir pārskats par Meisnera efektu , atvasināšana, atšķirības un to pielietojumi. Tā ir magnētiskā lauka izstumšana no supravadītāju pārejas supravadītāja stāvoklī zem kritiskās temperatūras. Šis supravadītspējas efekts ietver virsmas elektriskās strāvas veidošanos, kas rada pretmagnētisko lauku, lai neitralizētu ārējos magnētiskos laukus. Šeit jums ir jautājums, kas ir supravadītājs?
