Εφέ Meissner

Το φαινόμενο Meissner είναι το φαινόμενο που μετατρέπει ένα υλικό από κανονική σε υπεραγώγιμη κατάσταση. Όταν ένα υλικό καλείται κάτω από μια καθορισμένη θερμοκρασία στην οποία το μαγνητικό πεδίο από το εσωτερικό του υλικού εκρήγνυται, τότε αυτό το υλικό μετατρέπεται σε υπεραγωγό. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται φαινόμενο Meissner.

Η θερμοκρασία που απαιτείται για τη μετατροπή του υλικού σε υπεραγωγό ονομάζεται θερμοκρασία μετάπτωσης. Αυτή η θερμοκρασία μετάβασης είναι κοντά στην απόλυτη θερμοκρασία (0 Kelvin). Αυτό το υπεραγωγό υλικό έχει μηδενική ηλεκτρική αντίσταση. Η κύρια σημασία του φαινομένου Meissner είναι η μαγνητική αιώρηση, η οποία είναι μια διαδικασία κατά την οποία ένα σώμα αιωρείται χωρίς υποστήριξη εκτός από ένα μαγνητικό πεδίο.

Κατάσταση υπεραγωγιμότητας

Η υπεραγώγιμη κατάσταση είναι η κατάσταση όπου το υλικό έχει μηδενική ηλεκτρική αντίσταση. Σε αυτό το στάδιο, το υλικό χάνει όλη την αντίσταση της ροής του ηλεκτρικού ρεύματος. Όταν το υλικό ψύχεται κάτω από τη θερμοκρασία μετάπτωσης, μετατρέπεται σε υπεραγωγό και φθάνει στην υπεραγώγιμη κατάσταση. Ο υδράργυρος φτάνει στην υπεραγώγιμη κατάσταση όταν ψυχθεί κάτω από τους 4,1 Κέλβιν.

Τι είναι το φαινόμενο Meissner;

Ο Walther Meissner και ο Robert Ochsenfeld, δύο Γερμανοί φυσικοί, απέκτησαν τη φυσική διαδικασία του φαινομένου Meissner το έτος 1933. Το φαινόμενο Meissner είναι η αποβολή του μαγνητικού πεδίου, το οποίο μετατρέπει ένα υλικό από μια κανονική κατάσταση σε μια υπεραγώγιμη κατάσταση όταν ψύχεται κάτω από το θερμοκρασία μετάβασης.

Όταν ένα μαγνητικό πεδίο εφαρμόζεται στην υψηλότερη τιμή θερμοκρασίας στη θερμοκρασία μετάβασης, ο υπεραγωγός έχει μια μικρή επίδραση. Αυτά τα μαγνητικά πεδία πέρασαν γρήγορα μέσα από τον υπεραγωγό. Στη χαμηλότερη τιμή της θερμοκρασίας στη θερμοκρασία μετάβασης, το μαγνητικό πεδίο εκτινάσσεται έξω από το εσωτερικό του υπεραγωγού και κάμπτεται σε όλες τις πλευρές του όταν εφαρμόζεται το μαγνητικό πεδίο.

Αυτή η έκρηξη του μαγνητικού πεδίου είναι η δημιουργία μαγνήτισης μέσα στον υπεραγωγό λόγω έλλειψης αντίστασης ροής επιφανειακών ρευμάτων. Αυτό δημιούργησε μαγνήτιση αντίστροφη και αντίθετη από το εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο, το οποίο στειρώνει το μαγνητικό πεδίο γύρω από τον υπεραγωγό.

Πολιτεία Meissner

Η κατάσταση στην οποία το υλικό γίνεται υπεραγωγός ονομάζεται κατάσταση Meissner. Όταν το μαγνητικό πεδίο αυξάνεται περαιτέρω στην καθορισμένη τιμή και το υλικό συμπεριφέρεται όπως ο συνηθισμένος αγωγός, η κατάσταση Meissner αναλύεται. Αυτή η καθορισμένη τιμή μαγνητικού πεδίου είναι γνωστή ως κρίσιμο μαγνητικό πεδίο.

Όσο μειώνεται η τιμή της θερμοκρασίας κάτω από τη θερμοκρασία μετάβασης, τόσο περισσότερο αυξάνεται η τιμή του κρίσιμου μαγνητικού πεδίου. Η κατάσταση Meissner μπορεί να αναλυθεί μόνο όταν το μέγεθος του ηλεκτρικού πεδίου είναι πολύ ισχυρό. Με βάση αυτή τη διάσπαση, μπορεί να σχηματιστούν δύο τύποι υπεραγωγών.

• Υπεραγωγός τύπου Ι:Αυτός ο υπεραγωγός αποκλείει το μαγνητικό πεδίο μέχρι να καταστραφεί απότομα η υπεραγωγιμότητα. Αργότερα, το μαγνητικό πεδίο διεισδύει εντελώς—η κρίσιμη τιμή του υπεραγωγού τύπου Ι είναι πολύ χαμηλή.

• Υπεραγωγός τύπου II:Οι υπεραγωγοί τύπου δύο κρατούν έξω ολόκληρο το μαγνητικό πεδίο μέχρι να επιτευχθεί μια χαμηλότερη κρίσιμη τιμή. Το κβάντο της μαγνητικής ροής, που διαπερνά τον υπεραγωγό, εμφανίζεται τώρα. Σε αυτή τη ζώνη, το μέταλλο δεν παραμένει πλέον υπεραγωγός. Εάν η τιμή του πεδίου αυξηθεί σε υψηλότερη κρίσιμη τιμή, τότε το μέταλλο παύει να είναι υπεραγωγός. Αυτός ο τύπος υπεραγωγού είναι κατασκευασμένος με υλικό που έχει υψηλή ηλεκτρική αντίσταση.

Ιδιότητα Diamagnetism for Superconductor

Το φαινόμενο Meissner λέει ότι ο ιδανικός διαμαγνητισμός είναι η σημαντική ιδιότητα της υπεραγώγιμης κατάστασης. Αυτή η δήλωση μπορεί να αποδειχθεί με τη σχέση του μαγνητικού πεδίου και της έντασης του μαγνητικού πεδίου.

Το φαινόμενο Meissner υποδηλώνει ότι η τιμή του μαγνητικού πεδίου μέσα σε έναν υπεραγωγό είναι μηδέν.

B=0 

Η μαγνητική επαγωγή στο εσωτερικό του δείγματος για τις κανονικές συνθήκες δίνεται από την ακόλουθη εξίσωση.

B=o (H+I)

Εδώ, I είναι η μαγνήτιση που δημιουργείται μέσα στο δείγμα και H είναι το μαγνητικό πεδίο που εφαρμόζεται εξωτερικά.

Και με τις δύο εξίσωση, έχουμε,

0=o (H+I)

H=-I

H /I =-1=X

Η επιδεκτικότητα του διαμαγνητικού υλικού είναι ίση με -1, επομένως το υλικό είναι ιδανικά διαμαγνητικό.

Διαμαγνητισμός υπεραγωγού

Ο υπεραγωγός έχει τη μαγνητική επιδεκτικότητα -1 που τον καθιστά τέλειο διαμαγνητισμό. Αυτό το διαμαγνητικό διατηρεί τη μαγνήτιση που αντιστέκεται σε οποιοδήποτε εφαρμοσμένο μαγνητικό πεδίο, επομένως ο υπεραγωγός αισθάνεται απώθηση από οποιοδήποτε μαγνητικό πεδίο.

Αυτή η δύναμη απώθησης είναι ο κύριος λόγος για την αιώρηση ενός υπεραγωγού, υπό την εφαρμογή ενός μαγνήτη. Εάν αυτό το μαγνητικό πεδίο είναι ξεχωριστό ή η θερμοκρασία του υπεραγωγού ανέβει πάνω από τη θερμοκρασία μετάβασης, η μαγνήτιση και τα επιφανειακά ρεύματα εξαφανίζονται και η αιώρηση θα σταματήσει.

Αντίφαση του φαινομένου Meissner

Η εξίσωση του Maxwell για την ηλεκτροδυναμική δίνεται από,

E=-dB/dt

Το ηλεκτρικό πεδίο είναι ίσο με μηδέν για έναν υπεραγωγό.

0=-dB/dt

0=dB/dt

B=σταθερά

Σύμφωνα με τον Meissner, το μαγνητικό πεδίο μέσα σε έναν υπεραγωγό είναι μηδέν, αλλά στην περίπτωση αυτή το μαγνητικό πεδίο έχει σταθερή τιμή και δεν είναι ίσο με μηδέν.

Σημασία εφέ Meissner

Το φαινόμενο Meissner έχει σημασία στο πεδίο της υπεραγωγιμότητας του υπεραγωγού. Η μαγνητική αιώρηση, η οποία είναι η κύρια ιδέα ενός τρένου με σφαίρες και του hyperloop, ανακαλύπτεται επίσης με τη βοήθεια του φαινομένου Meissner. Η σημασία του φαινομένου Meissner παρατίθεται παρακάτω.

• Το φαινόμενο Meissner βοηθά στην κατανόηση της θεωρίας της υπεραγωγιμότητας.
• Το φαινόμενο Meissner χρησιμοποιείται στη μαγνητική αιώρηση, που σημαίνει ότι ένα σώμα αιωρείται χωρίς υποστήριξη εκτός από μαγνητικό πεδίο.
• Σε πηνία υπεραγώγιμων μαγνητών, ισχύει το φαινόμενο Meissner.
• Το φαινόμενο Meissner λέει ότι ο ιδανικός διαμαγνητισμός είναι η κρίσιμη ιδιότητα της υπεραγώγιμης κατάστασης.
• Το φαινόμενο Meissner διατηρεί τη σημασία της υψηλής ταχύτητας ή του πέμπτου μέσου μετάδοσης, όπως τα τρένα με σφαίρες και οι υπερβρόχοι.

Συμπέρασμα

Το φαινόμενο Meissner μιλά για την αποβολή του μαγνητικού πεδίου, το οποίο βοηθά στη μετατροπή του υλικού από κανονική κατάσταση σε υπεραγώγιμη κατάσταση, η οποία είναι όταν ψύχεται κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία ή θερμοκρασία μετάβασης. Η κύρια σημασία του φαινομένου Meissner είναι στον τομέα της υπεραγωγιμότητας και της μαγνητικής αιώρησης.