1933. aastal tegid Saksa füüsikud Robert Ochsenfeld ja Walther Meißner murrangulise avastuse, mida tuntakse Meissneri efektina. Nende uurimine hõlmas tina ja plii ülijuhtivaid proove ümbritseva magnetvälja jaotuse mõõtmist. Pärast nende proovide jahutamist alla nende ülijuhtiva üleminekutemperatuuri ja allutades need magnetväljale, täheldasid Ochsenfeld ja Meißner märkimisväärset nähtust. Magnetväli väljaspool proove suurenes, mis näitab magnetvälja väljutamist proovide seest. Seda nähtust, kus ülijuhil on vähe või üldse mitte magnetvälja, nimetatakse Meissneri olekuks. Kuid see seisund on tugevate magnetväljade mõjul vastuvõtlik lagunemisele. See artikkel annab ülevaate Meissneri efektist, selle mehhanismidest ja praktilistest rakendustest.
Mis on Meissneri efekt?
Meissneri efekt on magnetvälja väljutamine a ülijuht ülijuhtivasse olekusse ülemineku ajal, kui see jahutatakse kriitilise temperatuurini. See magnetvälja väljutamine peab vastu lähedal asuvale magnetile ja Meissneri olek laguneb alati, kui rakendatav magnetväli on väga tugev.
Ülijuhid on saadaval kahes klassis, mis põhinevad rikke toimimisel, nagu I ja II tüüp. I tüüp on peale süsiniknanotorude ja nioobiumi kõige puhtamad elementaarsed ülijuhid, samas kui II tüüp on peaaegu kõik liit- ja ebapuhtad ülijuhid.
Meissneri efekt ülijuhis
Kui ülijuhte jahutatakse kriitilise temperatuurini, siis nad väljutavad magnetvälja ega lase magnetväljal endasse siseneda, seega nimetatakse seda ülijuhtides esinevat nähtust Meissneri efektiks.
Kui ülijuhtiv materjal jahtub alla oma kriitilise temperatuuri, muutub see ülijuhtivaks, nii et materjali elektronid moodustavad paarid, nn. Cooperi paarid. Need paarid liiguvad kogu materjalis takistuseta. Samal ajal on materjalil ideaalne diamagnetism magnetväljade tõrjumiseks.
See tõrjumine võib põhjustada magnetvälja joonte paindumist ligikaudu ülijuhi suhtes, et tekitada pinnavool, mis täpselt tühistab materjalis oleva välise magnetvälja, seega väljutatakse magnetväli ülijuhist tõhusalt ja tekib Meissneri efekt.
Meissneri efekti näide on näidatud järgmisel joonisel. See Meissneri olek katkeb alati, kui magnetväli tugevneb üle fikseeritud väärtuse ja näidis käitub nagu tavaline juht.
Niisiis, seda teatud magnetvälja väärtust, mille ületamisel ülijuht naaseb normaalsesse olekusse, nimetatakse kriitiliseks magnetväljaks. Siin sõltub magnetvälja kriitiline väärtus peamiselt temperatuurist. Kui temperatuur alla kriitilise temperatuuri langeb, suureneb kriitilise magnetvälja väärtus. Allpool Meissneri efekti graafik näitab muutust kriitilises magnetväljas temperatuuri mõjul.
Tuletamine
Kaks olulist teavet, mida kasutatakse matemaatilise ülevaate saamiseks Meissneri efekti tuletamine on; energiasäästu põhimõte ja peamine seos magnetväljade ja elektrivoolude vahel. Elektromotoorjõud on pinge, mis tekib magnetvoo muutumisel suletud vooluringis. EMF või Faraday induktsiooniseadusel põhinev elektromotoorjõud suletud ahelas on võrdeline magnetvälja muutumiskiirusega kogu vooluringis. Seega
ε = -dΦ/dt
Kasutades ülaltoodud seost, võime järeldada, et kui materjal läheb tavalisest seisundist ülijuhtivasse seisundisse, tekib igasugune magnetvoog ' F'e materjalis algselt olemasolev peaks muutuma. Nii et see muutus loob elektromotoorjõu ja loob materjali pinnale sõelumisvoolud. Vastupanu sellele voo muutusele sunnib Meissneri efekti välist magnetvälja väljutama.
Flux Pinning vs Meissner Effect
Peamiste erinevuste mõistmine voo kinnitamise ja Meissneri efekti vahel avardab kindlasti arusaamist ülijuhtivusnähtustest ja ütleb meile, et ülijuhtivus on rikkalik vastastikmõju jõud ja aine erakordsed tingimused. Flux Pinningu ja Meissneri efekti erinevust arutatakse allpool.
|
Flux Kinnitamine |
Meissneri efekt |
| Flux pinning on teatud tüüpi nähtus, mis kirjeldab seoseid magnetvälja ja kõrge temperatuuriga ülijuhi vahel. | Meissneri efekt on magnetvoo väljatõrjumine, kui materjal muutub magnetväljas ülijuhtivaks. |
| Räbusti kinnitamine on tuntud ka kui kvantlukustus. | Meissneri efekti tuntakse ka Bardeen-Cooper-Schriefferi teooriana. |
| Flux Pinningil on piiratud magnetvälja säilivus.
|
See seletab ülijuhist täielikku magnetvälja väljutamist. |
| Flux Pinning kehtib kõikide ülijuhtide kohta.
|
Meissneri efekt kehtib ainult II tüüpi ülijuhtidele. |
| Flux Pinning võib voojoonte liikumise tõttu põhjustada magnetilist hüstereetilist jõudlust. | See efekt näitab ideaalset diamagnetismi kriitilisel temperatuuril. |
Paramagnetiline Meissneri efekt väikestes ülijuhtides
See efekt on ülijuhtide kõige põhilisem omadus ja eeldab nulltakistust. Praegu on mitmed katsed näidanud, et mõned ülijuhtivad proovid võivad ligi tõmmata magnetvälja, mida nimetatakse paramagnetiliseks Meissneri efektiks. See efekt on magnetvälja võnkefunktsioon, mis asendab tüüpilise Meissneri efekti lihtsalt teatud välja kohal, kui ülijuhis on külmutatud arvukad vookvandid.
Paramagnetiline seisund leitakse olevat metastabiilne ja Meissneri seisund taastub välise müraga. Seega on paramagnetiline Meissneri efekt seotud pinna ülijuhtivusega, seega esindab see ühist ülijuhi omadust. Temperatuuri alandamisel väheneb ülijuhtivas kattes pinna kriitilises väljas hõivatud voog väiksemaks, võimaldades täiendaval voo pinnal siseneda.
Rakendused
The Meissneri efekti rakendused sisaldama järgmist.
- Seda kasutatakse Quantum Levitationis või Quantum Trappingis tulevaste transporditehnoloogiate väljatöötamiseks ja SQUID-ide toimimiseks peente magnetiliste muutuste mõõtmiseks.
- Seda efekti kasutatakse magnetilise levitatsiooni korral, mis tähendab, et keha saab riputada ilma toetuseta, välja arvatud magnetväli
- Selle efekti potentsiaalsed rakendused hõlmavad peamiselt: magnetiliselt levitatavad transpordisõidukid, madala vibratsiooniga alused, hõõrdevabad laagrid jne.
- Seda efekti kasutatakse ülijuhtides magnetkilpide moodustamiseks, mis kaitsevad tundlikke seadmeid magnetiliste häirete eest.
- See efekt võimaldab valmistada võimsaid ülijuhtivaid magneteid magnetresonantstomograafia ja osakeste kiirendi rakenduste jaoks.
- Seda kasutatakse sellistes mõjuvaldkondades nagu teadusuuringud, meditsiiniline pildistamine, transport jne.
Kes avastas Seebecki efekti?
Seebecki efekti avastas saksa füüsik, nimelt 'Thomas Johann Seebeck' 1821. aastal.
Miks on Seebecki efekt oluline?
Seebecki efekt on kasulik temperatuuri mõõtmisel tohutu tundlikkusega ja täpsusega, et toota elektrienergiat erinevate rakenduste jaoks.
Mis on Seebecki efekt ja kuidas seda kasutatakse temperatuuri mõõtmiseks?
Seebecki efekt on juhtum, kus temperatuuri kõikumine kahe erineva elektrijuhi vahel (või) pooljuhid tekitab kahe aine vahel pingeerinevusi. Kui küte antakse ühele kahest dirigendid (või) pooljuhid ja seejärel kuumutatud elektronid voolavad jahedama juhi (või) pooljuhi poole. Temperatuuride erinevus moodustab EMF-i, mida nimetatakse Seebecki efektiks.
Miks Seebeck temperatuuri tõustes tõuseb?
Seebecki koefitsiendi väärtus on positiivne üle mõõdetud temperatuurivahemiku, mis näitab p-tüüpi jõudlust ja see tõuseb koos temperatuuri tõusuga. Elektrijuhtivus suureneb alati, kui temperatuur tõuseb, mis näitab pooljuhtide jõudlust.
Mis on Meissneri efekt ja kuidas seda magnetlevitatsioonis kasutatakse?
See efekt võimaldab magnetilist levitatsiooni, pannes head juhid eemale hoidma magnetvälja, kui need muutuvad ülijuhtivaks. Kui juht jahutatakse kriitilise temperatuurini, väljutatakse magnetväljad, et luua leviteeriv efekt.
Mis on Meissneri efekt, mis näitab, et ülijuhid on täiuslikud diamagnetilised materjalid?
Meissneri olekus olevad ülijuhid näitavad ideaalset diamagnetismi (või superdiamagnetismi), mis tähendab, et ülijuhil on -1 magnetiline tundlikkus.
Seega on see ülevaade Meissneri efektist , tuletamine, erinevused ja selle rakendused. See on magnetvälja väljatõrjumine ülijuhtide üleminekust ülijuhtivasse olekusse alla kriitilise temperatuuri. See ülijuhtivuse efekt hõlmab pinnapealse elektrivoolu genereerimist, mis loob vastumagnetvälja, mis välistab magnetvälja. Siin on teile küsimus, mis on ülijuht?
