Ефект на поместување на полето. Квантна левитација (Мајснер ефект): научно објаснување. Погледнете што е „Мајснер ефект“ во другите речници

Хаотичното движење на атомите на спроводниците го спречува преминувањето електрична струја. Отпорот на проводникот се намалува со намалување на температурата. Со дополнително намалување на температурата на проводникот, се забележува целосно намалување на отпорот и феноменот на суперспроводливост.

На одредена температура (блиску до 0 oK) отпорот на проводникот нагло паѓа на нула. Овој феномен се нарекува суперспроводливост. Меѓутоа, кај суперпроводниците е забележан и друг феномен - ефектот Мајснер. Изложба на проводници во суперспроводлива состојба необичен имот. Магнетното поле е целосно поместено од волуменот на суперпроводникот.

Поместување на магнетно поле од суперпроводник.

Спроводник во суперспроводлива состојба, за разлика од идеалниот спроводник, се однесува како дијамагнетен материјал. Надворешното магнетно поле е поместено од волуменот на суперпроводникот. Потоа, ако поставите магнет над суперпроводник, магнетот виси во воздухот.

Појавата на овој ефект се должи на фактот дека кога суперпроводник се внесува во магнетно поле, во него се појавуваат струи на виртуелна индукција, чие магнетно поле целосно го компензира надворешното поле (како и кај секој дијамагнетски материјал). Но, самото индуцирано магнетно поле создава и вртложни струи, чија насока е спротивна на индукциските струи во насока и еднаква по големина. Како резултат на тоа, нема магнетно поле или струја во волуменот на суперпроводникот. Волуменот на суперпроводникот е заштитен со тенок блиску површински слој - слој на кожа - во чија дебелина (околу 10-7-10-8 m) продира магнетното поле и во кое се јавува неговата компензација.

А- нормален спроводник со ненулта отпорност на која било температура (1) се внесува во магнетно поле. Според законот електромагнетна индукцијасе појавуваат струи кои се спротивставуваат на пенетрацијата на магнетното поле во металот (2). Меѓутоа, ако отпорот не е нула, тие брзо се распаѓаат. Магнетното поле продира во примерок од нормален метал и е речиси униформно (3);

б- од нормална состојба на температура над Тв има два начина: Прво: кога температурата се намалува, примерокот оди во суперспроводлива состојба, тогаш може да се примени магнетно поле кое се истиснува од примерокот. Второ: прво нанесете магнетно поле што продира во примерокот, а потоа намалете ја температурата, а потоа полето ќе се истурка за време на транзицијата. Исклучувањето на магнетното поле ја дава истата слика;

В- да го нема ефектот на Мајснер, проводникот без отпор би се однесувал поинаку. Кога преминува во состојба без отпор во магнетно поле, ќе го одржи магнетното поле и ќе го задржи дури и кога ќе се отстрани надворешното магнетно поле. Би било можно да се демагнетизира таков магнет само со зголемување на температурата. Ова однесување, сепак, не е забележано експериментално.

Феноменот првпат бил забележан во 1933 година од германските физичари Мајснер и Охсенфелд. Мајснеровиот ефект се заснова на феноменот на целосно поместување на магнетното поле од материјал за време на преминот во суперспроводлива состојба. Објаснувањето на ефектот е строго поврзано со нулта вредност електричен отпорсуперпроводници. Навлегувањето на магнетно поле во обичен проводник е поврзано со промена магнетен тек, што, пак, создава индуциран EMF и индуцирани струи кои спречуваат промена на магнетниот тек.

Магнетното поле продира во суперпроводникот до длабочина, поместувајќи го магнетното поле од суперпроводникот определен со константа наречена лондонска константа:

. (3.54)

Ориз. 3.17 Дијаграм на ефектот Мајснер.

На сликата се прикажани линиите на магнетното поле и нивното поместување од суперпроводник лоциран на температура под критичната температура.

Кога температурата ќе помине критична вредност, магнетното поле во суперпроводникот нагло се менува, што доведува до појава на пулс на EMF во индукторот.

Ориз. 3.18 Сензор кој го спроведува ефектот Мајснер.

Овој феномен се користи за мерење на ултра слабите магнетни полиња за создавање криотрони(преклопни уреди).

Ориз. 3.19 Дизајн и означување на криотронот.

Структурно, криотронот се состои од два суперпроводници. Намотка од ниобиум е намотана околу танталовиот проводник, низ кој тече контролната струја. Како што се зголемува контролната струја, јачината на магнетното поле се зголемува, а танталот преминува од суперспроводлива состојба во нормална состојба. Во овој случај, спроводливоста на танталовиот проводник нагло се менува, а работната струја во колото практично исчезнува. На пример, контролираните вентили се создаваат врз основа на криотрони.

Физичко објаснување

Кога суперпроводникот сместен во надворешно константно магнетно поле се лади, во моментот на премин во суперспроводлива состојба, магнетното поле е целосно поместено од неговиот волумен. Ова го разликува суперпроводникот од идеалниот проводник, во кој, кога отпорот паѓа на нула, индукцијата на магнетното поле во волуменот мора да остане непроменета.

Отсуството на магнетно поле во волуменот на проводникот ни овозможува од општите закони на магнетното поле да заклучиме дека во него постои само површинска струја. Физички е реален и затоа зафаќа некој тенок слој во близина на површината. Магнетното поле на струјата го уништува надворешното магнетно поле во суперпроводникот. Во овој поглед, суперпроводникот формално се однесува како идеален дијамагнет. Сепак, тој не е дијамагнетен, бидејќи магнетизацијата во него е нула.

Мајснеровиот ефект не може да се објасни само со бесконечна спроводливост. За прв пат, неговата природа беше објаснета од браќата Фриц и Хајнц Лондон користејќи ја лондонската равенка. Тие покажаа дека во суперпроводник полето продира до фиксна длабочина од површината - длабочината на пенетрација на лондонското магнетно поле. За метали микрон.

Суперпроводници од тип I и II

Чистите супстанции во кои е забележан феноменот на суперспроводливост се малку на број. Најчесто, суперспроводливоста се јавува кај легурите. Кај чистите супстанции се јавува целосниот ефект на Мајснер, но кај легурите магнетното поле не е целосно исфрлено од волуменот (делумен ефект на Мајснер). Супстанциите кои го покажуваат целосниот ефект на Мајснер се нарекуваат суперпроводници од првиот вид, а делумните се нарекуваат суперпроводници од вториот вид.

Суперпроводниците од вториот тип имаат кружни струи во нивниот волумен што создаваат магнетно поле, кое, сепак, не го исполнува целиот волумен, туку се дистрибуира во него во форма на поединечни филаменти. Што се однесува до отпорот, тој е нула, како кај суперпроводниците од тип I.

„Ковчегот на Мохамед“

„Ковчегот на Мохамед“ е експеримент кој го демонстрира овој ефект кај суперпроводниците.

потеклото на името

Фондацијата Викимедија. 2010 година.

Погледнете што е „Мајснер ефект“ во другите речници:

Мајснер ефект- Meisnerio reiškinys statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Мајснер ефект вок. Мајснер ефект, m; Ефектот Мајснер Охсенфелд, m rus. Мајснер ефект, m pranc. ефет Мајснер, м … Физички термини

Ефектот Мајснер-Охсенфелд- Феноменот на магнетна индукција што исчезнува во длабочините на масивен суперпроводник... Политехнички терминолошки објаснувачки речник

Поместување на магнетно поле од метален проводник за време на неговата транзиција во суперспроводлива состојба; откриен во 1933 година од германските физичари В. Мајснер и Р. Охсенфелд. * * * МАЈСНЕР ЕФЕКТ МАЈСНЕР ЕФЕКТ, репресија... ... енциклопедиски речник

Дијаграм на ефектот Мајснер. Прикажани се линиите на магнетното поле и нивното поместување од суперпроводник под неговата критична температура. Мајснеровиот ефект е целосно поместување на магнетното поле од материјал за време на преминот во суперспроводлива состојба... ... Википедија

Целосно поместување на магнети. метални полиња проводник кога вториот станува суперспроводлив (со намалување на температурата и јачината на магнетното поле под критичната вредност Hk). М.е. првпат беше забележан во неми. физичарите W. Meissner и R.…… Физичка енциклопедија

ЕФЕКТ НА МАЈСНЕР, поместување на магнетното поле од супстанција при неговото преминување во суперспроводлива состојба (види Суперспроводливост). Откриен од германските физичари В. Мајснер и Р. Охсенфелд во 1933 година... Модерна енциклопедија

Поместување на магнетно поле од супстанција за време на неговата транзиција во суперспроводлива состојба; откриен во 1933 година од германските физичари В. Мајснер и Р. Охсенфелд... Голем енциклопедиски речник

Мајснер ефект- ЕФЕКТ НА МЕЈСНЕР, поместување на магнетното поле од супстанција при неговото преминување во суперспроводлива состојба (види Суперспроводливост). Откриен од германските физичари В. Мајснер и Р. Охсенфелд во 1933 година. ... Илустриран енциклопедиски речник

Целосно поместување на магнетното поле од метален проводник кога вториот станува суперспроводлив (при применета јачина на магнетно поле под критичната вредност Hk). М.е. првпат забележано во 1933 година од германски физичари... ... Голема советска енциклопедија

Книги

• Мои научни статии. Книга 2. Методот на матрици на густина во квантните теории на суперфлуидност и суперпроводник, Бондарев Борис Владимирович. Оваа книга содржи статии во кои, користејќи го методот на матрици за густина, ново квантни теориисуперфлуидност и суперспроводливост. Во првата статија е развиена теоријата на суперфлуидност, во...

Во 1933 година, германскиот физичар Валтер Фриц Мајснер, заедно со неговиот колега Роберт Охсенфелд, го откриле ефектот што подоцна го добил неговото име. Мајснеровиот ефект лежи во фактот дека при преминот во суперспроводлива состојба, се забележува целосно поместување на магнетното поле од волуменот на проводникот. Ова може јасно да се забележи со помош на експеримент кој го доби името „Ковчегот на Мухамед“ (според легендата, ковчегот на муслиманскиот пророк Мухамед висеше во воздух без физичка поддршка). Во оваа статија ќе зборуваме за ефектот Мајснер и неговите идни и сегашни практични примени.

Во 1911 година направи Хајке Камерлинг Онес важно откритие– суперспроводливост. Тој докажа дека ако изладите некои супстанции на температура од 20 К, тие не се спротивставуваат на електричната струја. Ниска температураГи „смирува“ случајните вибрации на атомите, а електричната енергија не наидува на отпор.

По ова откритие, вистинска трка почна да наоѓа супстанции кои нема да се спротивстават без ладење, на пример под нормални собна температура. Таквиот суперпроводник ќе може да пренесува електрична енергија на огромни растојанија. Факт е дека обичните далноводи губат значително количество електрична струја, токму поради отпорот. Во меѓувреме, физичарите ги спроведуваат своите експерименти користејќи ладење со суперпроводници. А едно од најпопуларните искуства е демонстрацијата на ефектот Мајснер. На интернет можете да најдете многу видеа кои го покажуваат овој ефект. Објавивме еден што најдобро го покажува ова.

За да го покажете експериментот за левитирање на магнет над суперпроводник, треба да земете суперспроводлива керамика со висока температура и магнет. Керамиката се лади со азот до точка на суперспроводливост. На него е поврзана струја и одозгора се става магнет. Во полињата од 0,001 Тесла, магнетот се движи нагоре и левитира над суперпроводникот.

Ефектот се објаснува со фактот дека кога супстанцијата оди во суперспроводливост, магнетното поле се истиснува од неговиот волумен.

Како можете да го примените ефектот Мајснер во пракса? Веројатно секој читател на оваа страница видел многу научно-фантастични филмови во кои автомобили лебдат над патот. Ако успееме да измислиме супстанца што ќе се претвори во суперпроводник на температура, да речеме, не пониска од +30, тогаш ова повеќе нема да биде научна фантастика.

Но, што е со брзите возови, кои исто така лебдат над пругата. Да, тие веќе постојат. Но, за разлика од Меиснеровиот ефект, таму важат други закони на физиката: одбивањето на униполарните страни на магнетите. За жал, високата цена на магнетите не дозволува оваа технологија да биде широко користена. Со пронаоѓањето на суперпроводник кој не треба да се лади, летечките автомобили ќе станат реалност.

Во меѓувреме, ефектот Мајснер го усвоија магионичарите. Ние ископавме една од овие емисии за вас на Интернет. Трупата „Ексос“ ги покажува своите трикови. Нема магија - само физика.

Уште поважно својство на суперпроводникот од нула електричен отпор е таканаречениот Мајснер ефект, кој се состои во поместување на постојано магнетно поле од суперпроводник. Од оваа експериментална опсервација се заклучува дека внатре во суперпроводникот има континуирани струи кои создаваат внатрешно магнетно поле кое е спротивно на надворешното применето магнетно поле и го компензира.

Доволно силно магнетно поле на дадена температура ја уништува суперспроводливата состојба на супстанцијата. Магнетното поле со јачина Hc, кое на дадена температура предизвикува премин на супстанција од суперспроводлива состојба во нормална состојба, се нарекува критично поле. Како што се намалува температурата на суперпроводникот, вредноста на H c се зголемува. Зависноста на критичното поле од температурата е опишана со добра точност со изразот

каде е критичното поле на нулта температура. Суперспроводливоста исчезнува и кога електрична струја со густина поголема од критичната ќе помине низ суперпроводник, бидејќи создава магнетно поле поголемо од критичното.

Уништувањето на суперспроводливата состојба под влијание на магнетно поле се разликува помеѓу суперпроводниците од тип I и тип II. За суперпроводниците од типот II, постојат 2 вредности на критичните полиња: H c1, при што магнетното поле продира во суперпроводникот во форма на вител Абрикосов и H c2, при што суперспроводливоста исчезнува.

Изотопски ефект

Изотопскиот ефект кај суперпроводниците е дека температурите Tc се обратно пропорционални квадратни корениод атомските маси на изотопи на истиот суперспроводлив елемент. Како резултат на тоа, моноизотопските препарати донекаде се разликуваат во критичните температури од природната смеса и едни од други.

Лондонски момент

Ротирачкиот суперпроводник генерира магнетно поле прецизно усогласено со оската на ротација, а добиениот магнетен момент се нарекува „лондонски момент“. Беше користен, особено, во научниот сателит „Гравитација сонда Б“, каде што мереле магнетни полињачетири суперспроводливи жироскопи за одредување на нивните оски на ротација. Бидејќи роторите на жироскопите беа речиси совршено мазни сфери, користењето на лондонскиот момент беше еден од ретките начини да се одреди нивната оска на ротација.

Примени на суперспроводливост

Постигнат е значителен напредок во добивањето на високотемпературна суперспроводливост. Врз основа на метална керамика, на пример, составот YBa 2 Cu 3 O x, добиени се супстанции за кои температурата T c на преминот во суперспроводлива состојба надминува 77 K (температурата на втечнување на азот). За жал, речиси сите високотемпературни суперпроводници не се технолошки напредни (кршливи, немаат стабилни својства итн.), како резултат на што суперпроводниците базирани на легури на ниобиум сè уште главно се користат во технологијата.

Феноменот на суперспроводливост се користи за производство на силни магнетни полиња (на пример, во циклотрони), бидејќи нема термички загуби кога силните струи минуваат низ суперпроводникот, создавајќи силни магнетни полиња. Меѓутоа, поради фактот што магнетното поле ја уништува состојбата на суперспроводливост, таканаречените магнетни полиња се користат за да се добијат силни магнетни полиња. Суперпроводници од тип II, во кои е можна коегзистенција на суперспроводливост и магнетно поле. Кај таквите суперпроводници, магнетното поле предизвикува појава на тенки нишки од нормален метал кои продираат во примерокот, од кои секоја носи квант на магнетен тек (витли на Абрикосов). Супстанцијата помеѓу нишките останува суперспроводлива. Бидејќи не постои целосен ефект на Мајснер во суперпроводник од типот II, суперспроводливоста постои до многу повисоки вредности на магнетното поле Hc2. Следниве суперпроводници главно се користат во технологијата:

Има фотонски детектори на суперпроводници. Некои користат присуство на критична струја, го користат и ефектот Џозефсон, рефлексијата Андреев итн. Така, постојат суперспроводливи еднофотонски детектори (SSPD) за снимање на единечни фотони во опсегот на IR, кои имаат голем број на предности во однос на детекторите од сличен опсег (PMT, итн.) со користење на други методи за откривање.

Компаративни карактеристики на најчестите IR детектори, кои не се засноваат на својствата на суперспроводливост (првите четири), како и суперспроводливи детектори (последните три):

Вртелите во суперпроводниците од типот II може да се користат како мемориски ќелии. Некои магнетни солитони веќе нашле слични примени. Има и посложени дводимензионални и тродимензионални магнетни солитони, кои потсетуваат на вртлози во течности, само улогата на тековните линии во нив ја играат линиите по кои се наредени елементарните магнети (домени).

Отсуството на загуби на греење кога директната струја минува низ суперпроводник ја прави употребата на суперспроводливи кабли привлечни за испорака на електрична енергија, бидејќи еден тенок подземен кабел е способен да пренесува енергија што традиционалниот метод бара создавање коло за далновод со неколку кабли со многу поголема дебелина. . Проблеми што спречуваат широка употреба се цената на каблите и нивното одржување - течниот азот мора постојано да се пумпа преку суперспроводливи линии. Првиот комерцијален суперспроводлив далновод беше лансиран од American Superconductor на Лонг Ајленд, Њујорк, кон крајот на јуни 2008 година. Енергетски системи Јужна КореаТие ќе создадат суперспроводливи далноводи со вкупна должина од 3000 km до 2015 година.

Важна примена се наоѓа во минијатурните суперспроводливи прстенести уреди - SQUIDS, чие дејство се заснова на врската помеѓу промените на магнетниот тек и напонот. Тие се дел од ултра чувствителните магнетометри кои го мерат магнетното поле на Земјата, а се користат и во медицината за добивање магнетограми на различни органи.

Суперпроводниците се користат и во маглеви.

Феноменот на зависност на температурата на премин во суперспроводлива состојба од големината на магнетното поле се користи кај криотроните со контролиран отпор.