Meissner-effekten: derivasjon, vs fluksplanlegging, formel og dens anvendelser

I 1933 gjorde de tyske fysikerne Robert Ochsenfeld og Walther Meißner en banebrytende oppdagelse kjent som Meissner-effekten. Undersøkelsen deres involverte måling av magnetfeltfordelingen rundt superledende prøver av tinn og bly. Etter å ha avkjølt disse prøvene under deres superledende overgangstemperatur og utsatt dem for et magnetisk felt, observerte Ochsenfeld og Meißner et bemerkelsesverdig fenomen. Magnetfeltet utenfor prøvene økte, noe som indikerer utstøtingen av magnetfeltet fra prøvene. Dette fenomenet, der en superleder viser lite eller ingen magnetfelt i seg, kalles Meissner-tilstanden. Imidlertid er denne tilstanden utsatt for sammenbrudd under påvirkning av sterke magnetiske felt. Denne artikkelen gir en oversikt over Meissner-effekten, dens mekanismer og dens praktiske anvendelser.

Hva er Meissner-effekten?

Meissner-effekten er magnetfeltutdrivelsen fra en superleder under overgangen til superledende tilstand når den avkjøles under en kritisk temperatur. Denne magnetiske feltutdrivelsen vil motstå en nærliggende magnet, og Meissner-tilstanden vil brytes ned når magnetfeltet påført er veldig sterkt.

Superledere er tilgjengelige i to klasser basert på hvordan sammenbrudd skjer som type I og type II. Type I er de mest rene elementære superlederne bortsett fra karbon nanorør og niob, mens type II er nesten alle sammensatte og urene superledere.

Meissner-effekt i superleder

Når superledere avkjøles under en kritisk temperatur, sender de ut magnetfeltet og lar ikke magnetfeltet komme inn i dem, så dette fenomenet i superledere er kjent som Meissner-effekten.

Når et superledende materiale blir avkjølt under sin kritiske temperatur, endres det til en superledende tilstand, slik at elektronene i materialet danner par kalt Cooper par. Disse parene beveger seg uten motstand gjennom hele materialet. Samtidig viser materialet ideell diamagnetisme for å frastøte magnetiske felt.

Denne frastøtingen kan føre til at magnetfeltlinjene bøyer seg omtrent superlederen for å skape en overflatestrøm som nøyaktig kansellerer det ytre magnetfeltet i materialet, slik at magnetfeltet effektivt blir kastet ut fra superlederen og Meissner-effekten oppstår.

Eksemplet på Meissner-effekten er vist i følgende figur. Denne Meissner-tilstanden brytes når magnetfeltet øker utover en fast verdi og prøven oppfører seg som en normal leder.

Så denne bestemte magnetiske feltverdien som superlederen kommer tilbake til sin normale tilstand, er kjent som det kritiske magnetfeltet. Her avhenger den kritiske magnetfeltverdien hovedsakelig av temperatur. Når temperaturen under den kritiske temperaturen synker, øker den kritiske magnetfeltverdien. Under Meissner-effektgraf viser endringen innenfor det kritiske magnetfeltet gjennom temperatur.

Derivasjon

De to essensielle delene av informasjon som brukes til å gi en matematisk avledning av Meissner-effekten er; energisparingsprinsippet og hovedforholdet mellom magnetiske felt og elektriske strømmer. Elektromotorisk kraft er den genererte spenningen ved en endring i magnetisk fluks gjennom en lukket krets. EMF eller elektromotorisk kraft basert på Faradays induksjonslov i en lukket krets er direkte proporsjonal med magnetfeltets endringshastighet gjennom kretsen. Dermed,

e = -dΦ/dt

Ved å bruke forholdet ovenfor, kan vi konkludere med at når som helst overganger av et materiale fra en ordinær tilstand til en superledende tilstand, vil enhver magnetisk fluks ' F' e som opprinnelig eksisterer i materialet bør endres. Så denne endringen vil skape en elektromotorisk kraft og skape skjermstrømmer på materialoverflaten. Motstanden mot denne endringen innen fluks er det som tvinger Meissner-effekten til å støte ut det ytre magnetfeltet.

Flux Pinning vs Meissner Effect

Å forstå hovedforskjellene mellom flux pinning og Meissner-effekten utvider absolutt forståelsen av superledende fenomener og forteller oss at superledning er en rik samvirkende kraft og eksepsjonelle forhold for materie. Forskjellen mellom Flux Pinning vs Meissner Effect er diskutert nedenfor.

Paramagnetisk Meissner-effekt i små superledere

Denne effekten er den mest grunnleggende egenskapen til superledere og innebærer null resistivitet. For tiden har flere eksperimenter avslørt at noen superledende prøver kan tiltrekke seg et magnetfelt som kalles paramagnetisk Meissner-effekt. Denne effekten er en oscillerende funksjon for magnetfeltet som erstatter den typiske Meissner-effekten rett og slett over et visst felt når tallrike flukskvanter fryses i en superleder.

Den paramagnetiske tilstanden er funnet å være metastabil og Meissner-tilstanden gjenopprettes med ekstern støy. Så den paramagnetiske Meissner-effekten er assosiert med overflatesuperledningsevnen, og representerer derfor en felles superlederegenskap. Ved å redusere temperaturen reduseres den fangede fluksen ved det kritiske feltet til overflaten i det superledende dekselet til et mindre volum ved å la den ekstra fluksen komme inn i overflaten.

applikasjoner

De anvendelser av Meissner-effekten Inkluder følgende.

• Dette brukes i Quantum Levitation eller Quantum Trapping for å utvikle kommende transportteknologier og SQUID-operasjonen for å måle subtile magnetiske endringer.
• Denne effekten brukes innen magnetisk levitasjon som betyr at en kropp kan henges uten støtte bortsett fra et magnetfelt
• Denne effektens potensielle bruksområder inkluderer hovedsakelig; transportkjøretøyer svevet magnetisk, lavvibrasjonsfester, friksjonsfrie lagre, etc.
• Denne effekten brukes i superledere for å danne magnetiske skjold som beskytter sensitive enheter mot magnetisk interferens.
• Denne effekten gjør det mulig å lage kraftige superledende magneter for magnetisk resonansavbildning og partikkelakseleratorapplikasjoner.
• Dette brukes i påvirkende felt som vitenskapelig forskning, medisinsk bildebehandling, transport, etc.

Hvem oppdaget Seebeck-effekten?

Seebeck-effekten ble oppdaget av den tyske fysikeren, nemlig 'Thomas Johann Seebeck' i år 1821.

Hvorfor er Seebeck-effekten viktig?

Seebeck-effekten er nyttig for å måle temperatur med stor følsomhet og presisjon for å produsere elektrisk kraft for ulike bruksområder.

Hva er Seebeck-effekten og hvordan utnyttes den til å måle temperaturen?

Seebeck-effekten er en forekomst der en temperaturvariasjon mellom to forskjellige elektriske ledere (eller) halvledere genererer en spenningsforskjell mellom de to stoffene. Når varme er gitt til en av de to konduktører (eller) halvledere, og deretter strømmer oppvarmede elektroner til den kjøligere lederen (eller) halvlederen. Forskjellen i temperatur danner en EMF kalt Seebeck-effekten.

Hvorfor øker Seebeck med temperaturen?

Seebeck-koeffisientverdien er positiv over det målte temperaturområdet, som viser p-type ytelse og stiger med temperaturøkningen. Den elektriske ledningsevnen øker når temperaturen øker, noe som indikerer halvlederytelse.

Hva er Meissner-effekten og hvordan brukes den i magnetisk levitasjon?

Denne effekten tillater magnetisk levitasjon ved å få gode ledere til å holde borte et magnetfelt når de blir til superledende. Når lederen er avkjølt under den kritiske temperaturen, blir magnetiske felt utvist for å skape den svevende effekten.

Hva er Meissner-effekten som viser at superledere er perfekte diamagnetiske materialer?

Superledere i Meissner-staten viser ideell diamagnetisme (eller) superdiamagnetisme som betyr at superlederen har en -1 magnetisk susceptibilitet.

Dermed er dette en oversikt over Meissner-effekten , avledning, forskjeller og dens anvendelser. Dette er magnetfeltets utvisning fra overgang av superledere til en superledende tilstand under en kritisk temperatur. Denne effekten innen superledning involverer generering av elektrisk strøm på overflaten som skaper et motmagnetisk felt for å negere magnetiske felt utenfor. Her er et spørsmål til deg, hva er en superleder?