Vuonna 1933 saksalaiset fyysikot Robert Ochsenfeld ja Walther Meißner tekivät uraauurtavan löydön, joka tunnetaan nimellä Meissner-ilmiö. Heidän tutkimuksensa sisälsi magneettikentän jakauman mittaamisen suprajohtavien tina- ja lyijynäytteiden ympärillä. Jäähdytettyään nämä näytteet suprajohtavan siirtymälämpötilansa alapuolelle ja saatettuaan ne magneettikenttään Ochsenfeld ja Meißner havaitsivat merkittävän ilmiön. Magneettikenttä näytteiden ulkopuolella kasvoi, mikä osoitti magneettikentän karkaamista näytteiden sisältä. Tätä ilmiötä, jossa suprajohteessa on vähän tai ei ollenkaan magneettikenttää, kutsutaan Meissner-tilaksi. Tämä tila on kuitenkin herkkä hajoamaan voimakkaiden magneettikenttien vaikutuksesta. Tämä artikkeli tarjoaa yleiskatsauksen Meissner-efektistä, sen mekanismeista ja käytännön sovelluksista.
Mikä on Meissner-efekti?
Meissner-ilmiö on magneettikentän poistaminen a suprajohteen sen siirtyessä suprajohtavaan tilaan aina, kun se jäähdytetään kriittiseen lämpötilaan. Tämä magneettikentän karkotus vastustaa lähellä olevaa magneettia ja Meissnerin tila hajoaa aina, kun käytetty magneettikenttä on erittäin voimakas.
Suprajohteita on saatavana kahteen luokkaan sen mukaan, miten hajoaminen tapahtuu, kuten tyyppi I ja tyyppi II. Tyyppi I ovat puhtaimpia alkuainesuprajohteita lukuun ottamatta hiilinanoputkia ja niobiumia, kun taas tyyppi II ovat lähes kaikki yhdiste- ja epäpuhtaita suprajohteita.
Meissner-efekti suprajohteessa
Aina kun suprajohteet jäähdytetään kriittiseen lämpötilaan, ne karkottavat magneettikentän eivätkä anna magneettikentän tunkeutua sisäänsä, joten tämä suprajohteiden ilmiö tunnetaan Meissnerin ilmiönä.
Aina kun suprajohtava materiaali jäähtyy kriittiseen lämpötilaansa, se muuttuu suprajohtavaksi, jolloin materiaalin elektronit muodostavat pareja ns. Cooperin parit. Nämä parit liikkuvat ilman vastusta koko materiaalissa. Samaan aikaan materiaalilla on ihanteellinen diamagnetismi magneettikenttien torjumiseksi.
Tämä hylkiminen voi saada magneettikenttäviivat taipumaan suunnilleen suprajohteen suuntaan muodostaen pintavirran, joka kumoaa tarkasti materiaalissa olevan ulkoisen magneettikentän, jolloin magneettikenttä poistuu tehokkaasti suprajohteesta ja syntyy Meissner-ilmiö.
Esimerkki Meissner-efektistä on esitetty seuraavassa kuvassa. Tämä Meissner-tila katkeaa aina, kun magneettikenttä vahvistuu kiinteän arvon yli ja näyte käyttäytyy normaalin johtimen tavoin.
Joten tätä tiettyä magneettikentän arvoa, jonka jälkeen suprajohde palaa normaalitilaansa, kutsutaan kriittiseksi magneettikentäksi. Tässä kriittinen magneettikentän arvo riippuu pääasiassa lämpötilasta. Kun lämpötila kriittisen lämpötilan alapuolella laskee, kriittisen magneettikentän arvo kasvaa. Alla Meissnerin efektikaavio näyttää muutoksen kriittisen magneettikentän sisällä lämpötilan vaikutuksesta.
Johtaminen
Kaksi olennaista tietoa käytetään antamaan matemaattinen Meissner-ilmiön johtaminen ovat; energiansäästöperiaate ja pääsuhde magneettikenttien sekä sähkövirtojen välillä. Sähkömoottorivoima on magneettivuon muutoksen synnyttämä jännite suljetussa piirissä. Faradayn induktiolakiin perustuva EMF tai sähkömotorinen voima suljetussa piirissä on suoraan verrannollinen magneettikentän muutosnopeuteen koko piirissä. Täten,
e = -dΦ/dt
Yllä olevaa suhdetta käyttämällä voimme päätellä, että aina kun materiaali siirtyy tavallisesta tilasta suprajohtavaan tilaan, mikä tahansa magneettivuo ' F'e materiaalissa alun perin olemassa olevan sisällön pitäisi muuttua. Joten tämä muutos luo sähkömotorisen voiman ja luo suojausvirtoja materiaalin pinnalle. Resistanssi tälle muutokselle vuon sisällä pakottaa Meissner-ilmiön poistamaan ulkopuolisen magneettikentän.
Flux Pinning vs Meissner Effect
Flux pinningin ja Meissner-ilmiön välisten tärkeimpien erojen ymmärtäminen laajentaa varmasti suprajohtavien ilmiöiden ymmärtämistä ja kertoo meille, että suprajohtavuus on rikas vuorovaikutusvoima ja aineen poikkeukselliset olosuhteet. Flux Pinningin ja Meissner Effectin välistä eroa käsitellään alla.
|
Fluxin kiinnitys |
Meissner-efekti |
| Flux pinning on eräänlainen ilmiö, joka kuvaa magneettikentän ja korkean lämpötilan suprajohteen välisiä suhteita. | Meissner-ilmiö on magneettivuon poistuminen aina, kun materiaali muuttuu suprajohtavaksi magneettikentässä. |
| Flux pinning tunnetaan myös nimellä Quantum locking. | Meissner-ilmiö tunnetaan myös Bardeen-Cooper-Schriefferin teoriana. |
| Flux Pinningillä on rajoitettu magneettikentän säilyminen.
|
Tämä selittää täydellisen magneettikentän poistamisen suprajohteesta. |
| Flux Pinning koskee kaikkia suprajohtimia.
|
Meissner-ilmiö koskee vain tyypin II suprajohtimia. |
| Vuon kiinnitys voi aiheuttaa magneettista hystereettistä suorituskykyä vuolinjojen liikkeen vuoksi. | Tämä vaikutus osoittaa ihanteellista diamagnetismia kriittisessä lämpötilassa. |
Paramagneettinen Meissner-ilmiö pienissä suprajohtimissa
Tämä vaikutus on suprajohteiden perusominaisuus ja se tarkoittaa nollaresistiivisuutta. Tällä hetkellä useat kokeet ovat paljastaneet, että jotkut suprajohtavat näytteet voivat vetää puoleensa magneettikenttää, jota kutsutaan paramagneettiseksi Meissner-ilmiöksi. Tämä efekti on magneettikentän värähtelytoiminto, joka korvaa tyypillisen Meissner-ilmiön yksinkertaisesti tietyn kentän yläpuolella aina, kun suprajohteessa on jäädytetty lukuisia vuokvantteja.
Paramagneettisen tilan havaitaan olevan metastabiili ja Meissnerin tila palautetaan ulkoisen kohinan myötä. Paramagneettinen Meissner-ilmiö liittyy siis pinnan suprajohtavuuteen, joten se edustaa yleistä suprajohteen ominaisuutta. Lämpötilaa alentamalla suprajohtavan kannen pinnan kriittisessä kentässä siepattu vuo pienenee pienemmäksi tilavuuteen sallimalla lisävuon pääsyn pintaan.
Sovellukset
The Meissner-ilmiön sovelluksia Sisällytä seuraavat.
- Tätä käytetään Quantum Levitationissa tai Quantum Trappingissa kehitettäessä tulevia kuljetustekniikoita ja SQUID-toimintoa hienovaraisten magneettisten muutosten mittaamiseen.
- Tätä vaikutusta käytetään magneettisessa levitaatiossa, mikä tarkoittaa, että keho voidaan ripustaa ilman tukea magneettikentän lisäksi
- Tämän tehosteen mahdollisia sovelluksia ovat pääasiassa: magneettisesti levitetyt kuljetusajoneuvot, vähäväriset kiinnikkeet, kitkattomat laakerit jne.
- Tätä vaikutusta käytetään suprajohtimissa muodostamaan magneettisuojia, jotka suojaavat herkkiä laitteita magneettisilta häiriöiltä.
- Tämä vaikutus mahdollistaa tehokkaiden suprajohtavien magneettien valmistamisen magneettikuvaukseen ja hiukkaskiihdytinsovelluksiin.
- Tätä käytetään vaikuttavilla aloilla, kuten tieteellinen tutkimus, lääketieteellinen kuvantaminen, kuljetus jne.
Kuka löysi Seebeck-ilmiön?
Saksalainen fyysikko Thomas Johann Seebeck löysi Seebeck-ilmiön vuonna 1821.
Miksi Seebeck-ilmiö on tärkeä?
Seebeck-ilmiö on hyödyllinen lämpötilan mittaamisessa valtavalla herkkyydellä ja tarkkuudella sähkövoiman tuottamiseksi eri sovelluksiin.
Mikä on Seebeck-ilmiö ja miten sitä hyödynnetään lämpötilan mittaamiseen?
Seebeck-ilmiö on ilmiö, jossa lämpötilan vaihtelu kahden eri sähköjohtimen välillä (tai) puolijohteet synnyttää jännite-eron näiden kahden aineen välillä. Kun lämpö on toimitettu yhdelle kahdesta johtimia (tai) puolijohteita, ja sitten kuumennetut elektronit virtaavat viileämpään johtimeen (tai puolijohteeseen). Lämpötilan ero muodostaa EMF:n, jota kutsutaan Seebeck-ilmiöksi.
Miksi Seebeck nousee lämpötilan myötä?
Seebeck-kertoimen arvo on positiivinen mitatun lämpötila-alueen yläpuolella, mikä osoittaa p-tyypin suorituskyvyn ja se nousee lämpötilan noustessa. Sähkönjohtavuus paranee aina kun lämpötila kohoaa, mikä osoittaa puolijohteen suorituskykyä.
Mikä on Meissner-ilmiö ja miten sitä käytetään magneettisessa levitaatiossa?
Tämä vaikutus mahdollistaa magneettisen levitaation saamalla hyvät johtimet pitämään poissa magneettikentästä aina kun ne muuttuvat suprajohtaviksi. Kun johdin on jäähtynyt kriittiseen lämpötilaansa, magneettikentät poistuvat levitoivan vaikutuksen luomiseksi.
Mikä on Meissner-ilmiö, joka osoittaa, että suprajohteet ovat täydellisiä diamagneettisia materiaaleja?
Meissner-tilassa olevat suprajohteet osoittavat ihanteellista diamagnetismia (tai superdiamagnetismia), mikä tarkoittaa, että suprajohteen magneettinen suskeptibiliteetti on -1.
Tämä siis on yleiskatsaus Meissner-efektistä , johtaminen, erot ja sen sovellukset. Tämä on magneettikentän karkotusta suprajohteiden siirtymisestä suprajohtavaan tilaan kriittisen lämpötilan alapuolella. Tämä suprajohtavuuden vaikutus sisältää pintasähkönmuodostuksen, joka luo vastamagneettisen kentän sulkemaan pois ulkopuoliset magneettikentät. Tässä on sinulle kysymys, mikä on suprajohde?
