Efek perpindahan lapangan. Levitasi kuantum (efek Meissner): penjelasan ilmiah. Lihat apa itu “Efek Meissner” di kamus lain

Pergerakan atom konduktor yang kacau menghalangi jalannya arus listrik. Resistansi suatu konduktor berkurang dengan menurunnya suhu. Dengan penurunan lebih lanjut pada suhu konduktor, terjadi penurunan resistansi total dan fenomena superkonduktivitas.

Pada suhu tertentu (mendekati 0 oK) resistansi konduktor turun tajam hingga nol. Fenomena ini disebut superkonduktivitas. Namun, fenomena lain juga diamati pada superkonduktor - efek Meissner. Konduktor dalam pameran negara superkonduktor properti yang tidak biasa. Medan magnet sepenuhnya dipindahkan dari volume superkonduktor.

Perpindahan medan magnet oleh superkonduktor.

Konduktor dalam keadaan superkonduktor, berbeda dengan konduktor ideal, berperilaku seperti bahan diamagnetik. Medan magnet luar dipindahkan dari volume superkonduktor. Kemudian jika Anda meletakkan magnet di atas superkonduktor, magnet tersebut akan menggantung di udara.

Terjadinya efek ini disebabkan oleh fakta bahwa ketika superkonduktor dimasukkan ke dalam medan magnet, arus induksi eddy muncul di dalamnya, medan magnet yang sepenuhnya mengkompensasi medan eksternal (seperti pada bahan diamagnetik apa pun). Namun medan magnet induksi itu sendiri juga menimbulkan arus eddy yang arahnya berlawanan dengan arus induksi dan besarnya sama. Akibatnya, tidak ada medan magnet atau arus pada volume superkonduktor. Volume superkonduktor dilindungi oleh lapisan tipis dekat permukaan - lapisan kulit - yang ketebalannya (sekitar 10-7-10-8 m) ditembus oleh medan magnet dan di mana terjadi kompensasi.

A- konduktor normal dengan resistansi bukan nol pada suhu berapa pun (1) dimasukkan ke dalam medan magnet. Menurut hukum induksi elektromagnetik timbul arus yang menahan penetrasi medan magnet ke dalam logam (2). Namun, jika resistansinya bukan nol, maka akan cepat rusak. Medan magnet menembus sampel logam normal dan hampir seragam (3);

B- dari keadaan normal pada suhu diatas T c ada dua cara: Pertama: ketika suhu turun, sampel masuk ke keadaan superkonduktor, kemudian medan magnet dapat diterapkan, yang didorong keluar dari sampel. Kedua: pertama-tama terapkan medan magnet yang menembus sampel, lalu turunkan suhunya, kemudian medan tersebut akan terdorong keluar selama transisi. Mematikan medan magnet memberikan gambaran yang sama;

V- jika tidak ada efek Meissner, konduktor tanpa hambatan akan berperilaku berbeda. Saat bertransisi ke keadaan tanpa hambatan dalam medan magnet, ia akan mempertahankan medan magnet dan akan mempertahankannya bahkan ketika medan magnet luar dihilangkan. Magnet semacam itu dapat didemagnetisasi hanya dengan menaikkan suhu. Namun perilaku ini belum diamati secara eksperimental.

Fenomena ini pertama kali diamati pada tahun 1933 oleh fisikawan Jerman Meissner dan Ochsenfeld. Efek Meissner didasarkan pada fenomena perpindahan total medan magnet suatu material selama transisi ke keadaan superkonduktor. Penjelasan mengenai efeknya sangat berkaitan dengan nilai nol hambatan listrik superkonduktor. Penetrasi medan magnet ke dalam konduktor biasa dikaitkan dengan perubahan fluks magnet, yang, pada gilirannya, menciptakan ggl induksi dan arus induksi yang mencegah perubahan fluks magnet.

Medan magnet menembus superkonduktor hingga kedalaman tertentu, menggantikan medan magnet dari superkonduktor yang ditentukan oleh konstanta yang disebut konstanta London:

. (3.54)

Beras. 3.17 Diagram efek Meissner.

Gambar tersebut menunjukkan garis-garis medan magnet dan perpindahannya dari superkonduktor yang terletak pada suhu di bawah suhu kritis.

Ketika suhu melewati nilai kritis, medan magnet di superkonduktor berubah tajam, yang menyebabkan munculnya pulsa EMF di induktor.

Beras. 3.18 Sensor menerapkan efek Meissner.

Fenomena ini digunakan untuk mengukur medan magnet ultra-lemah kriotron(berpindah perangkat).

Beras. 3.19 Desain dan penunjukan cryotron.

Secara struktural, cryotron terdiri dari dua superkonduktor. Kumparan niobium dililitkan di sekitar konduktor tantalum, tempat arus kontrol mengalir. Ketika arus kontrol meningkat, kekuatan medan magnet meningkat, dan tantalum berpindah dari keadaan superkonduktor ke keadaan normal. Dalam hal ini, konduktivitas konduktor tantalum berubah tajam, dan arus operasi dalam rangkaian praktis hilang. Misalnya, katup terkontrol dibuat berdasarkan cryotron.

Penjelasan fisik

Ketika superkonduktor yang terletak di medan magnet konstan eksternal didinginkan, pada saat transisi ke keadaan superkonduktor, medan magnet dipindahkan sepenuhnya dari volumenya. Hal ini membedakan superkonduktor dari konduktor ideal, di mana, ketika resistansi turun menjadi nol, induksi medan magnet dalam volume harus tetap tidak berubah.

Tidak adanya medan magnet dalam volume konduktor memungkinkan kita untuk menyimpulkan dari hukum umum medan magnet bahwa hanya ada arus permukaan di dalamnya. Secara fisik ia nyata dan karena itu menempati lapisan tipis di dekat permukaan. Medan magnet arus menghancurkan medan magnet luar di dalam superkonduktor. Dalam hal ini, superkonduktor secara formal berperilaku seperti diamagnetik ideal. Namun, ini bukan diamagnetik, karena magnetisasi di dalamnya adalah nol.

Efek Meissner tidak dapat dijelaskan hanya dengan konduktivitas tak terhingga. Sifatnya pertama kali dijelaskan oleh saudara Fritz dan Heinz London dengan menggunakan persamaan London. Mereka menunjukkan bahwa dalam superkonduktor, medan menembus ke kedalaman tetap dari permukaan – kedalaman penetrasi medan magnet London. Untuk logam mikron.

Superkonduktor tipe I dan II

Zat murni yang mengalami fenomena superkonduktivitas jumlahnya sedikit. Paling sering, superkonduktivitas terjadi pada paduan. Pada zat murni terjadi efek Meissner penuh, namun pada paduan medan magnet tidak dikeluarkan seluruhnya dari volume (efek Meissner parsial). Zat yang memperlihatkan efek Meissner penuh disebut superkonduktor jenis pertama, dan sebagian disebut superkonduktor jenis kedua.

Superkonduktor tipe kedua memiliki arus melingkar dalam volumenya yang menciptakan medan magnet, namun tidak memenuhi seluruh volume, tetapi didistribusikan di dalamnya dalam bentuk filamen individu. Adapun hambatannya nol, seperti pada superkonduktor tipe I.

"Peti Mati Muhammad"

"Peti Mati Muhammad" adalah eksperimen yang menunjukkan efek ini pada superkonduktor.

asal usul nama

Yayasan Wikimedia. 2010.

Lihat apa itu “Efek Meissner” di kamus lain:

Efek Meissner- Meisnerio reiškinys statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Efek Meissner vok. Efek Meißner, m; Efek Meißner Ochsenfeld, m rus. Efek Meissner, m pranc. effet Meissner, m… Fizikos terminų žodynas

Efek Meissner-Ochsenfeld- Fenomena hilangnya induksi magnet di kedalaman superkonduktor masif... Kamus Penjelasan Terminologi Politeknik

Perpindahan medan magnet dari konduktor logam selama transisinya ke keadaan superkonduktor; ditemukan pada tahun 1933 oleh fisikawan Jerman W. Meißner dan R. Ochsenfeld. * * * EFEK MEISSNER EFEK MEISNER, represi... ... kamus ensiklopedis

Diagram Efek Meissner. Garis medan magnet dan perpindahannya dari superkonduktor di bawah suhu kritisnya ditunjukkan. Efek Meissner adalah perpindahan total medan magnet dari suatu material selama transisi ke keadaan superkonduktor.... ... Wikipedia

Perpindahan magnet secara penuh. bidang logam konduktor ketika yang terakhir menjadi superkonduktor (dengan penurunan suhu dan kekuatan medan magnet di bawah nilai kritis Hk). Aku. pertama kali diamati dalam keadaan bisu. fisikawan W. Meissner dan R.… … Ensiklopedia fisik

EFEK MEISSNER, perpindahan medan magnet dari suatu zat selama transisinya ke keadaan superkonduktor (lihat Superkonduktivitas). Ditemukan oleh fisikawan Jerman W. Meissner dan R. Ochsenfeld pada tahun 1933... Ensiklopedia modern

Perpindahan medan magnet dari suatu zat selama transisinya ke keadaan superkonduktor; ditemukan pada tahun 1933 oleh fisikawan Jerman W. Meissner dan R. Ochsenfeld... Kamus Ensiklopedis Besar

Efek Meissner- EFEK MEISSNER, perpindahan medan magnet dari suatu zat selama transisinya ke keadaan superkonduktor (lihat Superkonduktivitas). Ditemukan oleh fisikawan Jerman W. Meissner dan R. Ochsenfeld pada tahun 1933. ... Kamus Ensiklopedis Bergambar

Perpindahan total medan magnet dari konduktor logam ketika konduktor logam menjadi superkonduktor (pada kekuatan medan magnet yang diterapkan di bawah nilai kritis Hk). Aku. pertama kali diamati pada tahun 1933 oleh fisikawan Jerman... ... Ensiklopedia Besar Soviet

Buku

• Artikel ilmiah saya. Buku 2. Metode matriks densitas dalam teori kuantum superfluiditas dan superkonduktor, Bondarev Boris Vladimirovich. Buku ini berisi artikel-artikel yang menggunakan metode matriks massa jenis, baru teori kuantum superfluiditas dan superkonduktivitas. Pada artikel pertama, teori superfluiditas dikembangkan, di...

Pada tahun 1933, fisikawan Jerman Walter Fritz Meissner, bersama rekannya Robert Ochsenfeld, menemukan efek yang kemudian dinamai menurut namanya. Efek Meissner terletak pada kenyataan bahwa ketika beralih ke keadaan superkonduktor, terjadi perpindahan total medan magnet dari volume konduktor. Hal ini dapat diamati dengan jelas melalui sebuah eksperimen yang diberi nama “Peti Mati Muhammad” (menurut legenda, peti mati nabi Muslim Muhammad digantung di udara tanpa dukungan fisik). Pada artikel ini kita akan membahas tentang Efek Meissner dan penerapan praktisnya di masa depan dan saat ini.

Pada tahun 1911 Heike Kamerlingh Onnes dibuat penemuan penting– superkonduktivitas. Ia membuktikan bahwa jika suatu zat didinginkan hingga suhu 20 K, zat tersebut tidak melawan arus listrik. Suhu rendah"menenangkan" getaran acak atom, dan listrik tidak menemui hambatan.

Setelah penemuan ini, perlombaan nyata mulai menemukan zat yang tidak akan tahan tanpa pendinginan, misalnya dalam kondisi normal suhu kamar. Superkonduktor semacam itu akan mampu mentransmisikan listrik dalam jarak yang sangat jauh. Faktanya adalah saluran listrik biasa kehilangan sejumlah besar arus listrik justru karena hambatan. Sementara itu, fisikawan sedang melakukan eksperimen menggunakan pendinginan superkonduktor. Dan salah satu pengalaman yang paling populer adalah demonstrasi Efek Meissner. Anda dapat menemukan banyak video online yang menunjukkan efek ini. Kami telah memposting satu yang menunjukkan hal terbaik ini.

Untuk mendemonstrasikan percobaan melayangkan magnet di atas superkonduktor, Anda perlu mengambil keramik superkonduktor suhu tinggi dan magnet. Keramik didinginkan dengan nitrogen hingga mencapai titik superkonduktivitas. Arus dihubungkan padanya dan magnet ditempatkan di atasnya. Di medan 0,001 Tesla, magnet bergerak ke atas dan melayang di atas superkonduktor.

Efek ini dijelaskan oleh fakta bahwa ketika suatu zat menjadi superkonduktivitas, medan magnet didorong keluar dari volumenya.

Bagaimana Anda bisa menerapkan efek Meissner dalam praktiknya? Mungkin setiap pembaca situs ini pernah melihat banyak film fiksi ilmiah yang menampilkan mobil-mobil melayang di atas jalan. Jika kita berhasil menemukan zat yang akan berubah menjadi superkonduktor pada suhu, katakanlah, tidak lebih rendah dari +30, maka ini bukan lagi fiksi ilmiah.

Namun bagaimana dengan kereta berkecepatan tinggi, yang juga melayang di atas rel. Ya, mereka sudah ada. Namun berbeda dengan Efek Meissner, hukum fisika lain berlaku di sana: tolakan sisi unipolar magnet. Sayangnya, mahalnya harga magnet tidak memungkinkan teknologi ini digunakan secara luas. Dengan ditemukannya superkonduktor yang tidak perlu didinginkan, mobil terbang akan menjadi kenyataan.

Sementara itu, Efek Meissner telah diadopsi oleh para pesulap. Kami menggali salah satu acara ini untuk Anda di Internet. Rombongan “Exos” menunjukkan triknya. Tidak ada sihir - hanya fisika.

Sifat superkonduktor yang lebih penting daripada hambatan listrik nol adalah apa yang disebut efek Meissner, yang terdiri dari perpindahan medan magnet konstan dari superkonduktor. Dari pengamatan eksperimental ini, disimpulkan bahwa terdapat arus kontinu di dalam superkonduktor, yang menciptakan medan magnet internal yang berlawanan dengan medan magnet eksternal yang diterapkan dan mengkompensasinya.

Medan magnet yang cukup kuat pada suhu tertentu menghancurkan keadaan superkonduktor suatu zat. Medan magnet dengan kekuatan Hc, yang pada suhu tertentu menyebabkan peralihan suatu zat dari keadaan superkonduktor ke keadaan normal, disebut medan kritis. Ketika suhu superkonduktor menurun, nilai H c meningkat. Ketergantungan medan kritis pada suhu dijelaskan dengan akurasi yang baik melalui ekspresi

di mana medan kritis pada suhu nol. Superkonduktivitas juga hilang ketika arus listrik dengan kepadatan lebih besar dari arus kritis dilewatkan melalui superkonduktor, karena hal ini menciptakan medan magnet yang lebih besar dari medan magnet kritis.

Penghancuran keadaan superkonduktor di bawah pengaruh medan magnet berbeda antara superkonduktor tipe I dan tipe II. Untuk superkonduktor tipe II, terdapat 2 nilai medan kritis: H c1, saat medan magnet menembus superkonduktor dalam bentuk pusaran Abrikosov, dan H c2, saat superkonduktivitas menghilang.

Efek isotop

Efek isotop pada superkonduktor adalah suhu Tc berbanding terbalik akar kuadrat dari massa atom isotop unsur superkonduktor yang sama. Akibatnya, sediaan monoisotopik agak berbeda suhu kritisnya dengan campuran alami dan satu sama lain.

momen London

Superkonduktor yang berputar menghasilkan medan magnet yang sejajar dengan sumbu rotasi, momen magnet yang dihasilkan disebut “momen London”. Ini digunakan, khususnya, dalam satelit ilmiah “Gravity Probe B”, tempat mereka melakukan pengukuran Medan magnet empat giroskop superkonduktor untuk menentukan sumbu rotasinya. Karena rotor giroskop berbentuk bola yang hampir mulus sempurna, menggunakan momen London adalah salah satu dari sedikit cara untuk menentukan sumbu rotasinya.

Penerapan Superkonduktivitas

Kemajuan signifikan telah dicapai dalam memperoleh superkonduktivitas suhu tinggi. Berdasarkan keramik logam, misalnya komposisi YBa 2 Cu 3 O x , telah diperoleh zat yang suhu T c transisi ke keadaan superkonduktor melebihi 77 K (suhu pencairan nitrogen). Sayangnya, hampir semua superkonduktor suhu tinggi tidak berteknologi maju (rapuh, tidak memiliki sifat stabil, dll.), akibatnya superkonduktor berbahan dasar paduan niobium masih banyak digunakan dalam teknologi.

Fenomena superkonduktivitas digunakan untuk menghasilkan medan magnet yang kuat (misalnya pada siklotron), karena tidak ada kehilangan panas ketika arus kuat melewati superkonduktor, sehingga menciptakan medan magnet yang kuat. Namun, karena medan magnet menghancurkan keadaan superkonduktivitas, apa yang disebut medan magnet digunakan untuk menghasilkan medan magnet yang kuat. Superkonduktor tipe II, di mana superkonduktivitas dan medan magnet dapat hidup berdampingan. Dalam superkonduktor seperti itu, medan magnet menyebabkan munculnya benang tipis logam normal yang menembus sampel, yang masing-masing membawa kuantum fluks magnet (vortisitas Abrikosov). Substansi di antara benang-benang tersebut tetap bersifat superkonduktor. Karena tidak ada efek Meissner penuh dalam superkonduktor tipe II, superkonduktivitas terdapat hingga nilai medan magnet H c 2 yang jauh lebih tinggi. Superkonduktor berikut ini terutama digunakan dalam teknologi:

Ada detektor foton pada superkonduktor. Ada yang menggunakan keberadaan arus kritis, ada juga yang menggunakan efek Josephson, refleksi Andreev, dll. Jadi, ada detektor foton tunggal superkonduktor (SSPD) untuk merekam foton tunggal dalam rentang IR, yang memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan detektor. dari kisaran yang sama (PMT, dll.) menggunakan metode deteksi lain.

Karakteristik komparatif dari detektor IR yang paling umum, tidak berdasarkan pada sifat superkonduktivitas (empat yang pertama), serta detektor superkonduktor (tiga yang terakhir):

Vortex pada superkonduktor tipe II dapat digunakan sebagai sel memori. Beberapa soliton magnetik telah menemukan aplikasi serupa. Ada juga soliton magnetik dua dan tiga dimensi yang lebih kompleks, mengingatkan pada pusaran dalam cairan, hanya peran garis arus di dalamnya yang dimainkan oleh garis di mana magnet dasar (domain) berbaris.

Tidak adanya kehilangan panas ketika arus searah melewati superkonduktor membuat penggunaan kabel superkonduktor menarik untuk menyalurkan listrik, karena satu kabel bawah tanah yang tipis mampu mentransmisikan daya sehingga metode tradisional memerlukan pembuatan rangkaian saluran listrik dengan beberapa kabel dengan ketebalan yang jauh lebih besar. . Masalah yang mencegah penggunaan secara luas adalah biaya kabel dan pemeliharaannya – nitrogen cair harus terus-menerus dipompa melalui jalur superkonduktor. Saluran listrik superkonduktor komersial pertama diluncurkan oleh American Superconductor di Long Island, New York, pada akhir Juni 2008. Sistem tenaga Korea Selatan Mereka akan membuat saluran listrik superkonduktor dengan total panjang 3000 km pada tahun 2015.

Penerapan penting ditemukan pada perangkat cincin superkonduktor mini - SQUIDS, yang tindakannya didasarkan pada hubungan antara perubahan fluks magnet dan tegangan. Mereka adalah bagian dari magnetometer ultra-sensitif yang mengukur medan magnet bumi, dan juga digunakan dalam pengobatan untuk mendapatkan magnetogram berbagai organ.

Superkonduktor juga digunakan dalam maglev.

Fenomena ketergantungan suhu transisi ke keadaan superkonduktor pada besarnya medan magnet digunakan dalam kriotron dengan resistansi terkontrol.