|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Мейсснера эффект |
 | |
Анимация
Описание
В 1933 году немецкие физики В. Мейсснер и Р. Оксенфельд установили, что слабое магнитное поле не проникает в глубь сверхпроводника независимо от того, было ли поле включено до или после перехода металла в сверхпроводящее состояние. При температурах более высоких, чем критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние, в образце, помещенном во внешнее магнитное поле, индукция магнитного поля внутри будет отлична от нуля. Если, не выключая внешнего магнитного поля, постепенно снижать температуру, то в момент перехода в сверхпроводящее состояние магнитное поле полностью вытесняется из его объема и индукция магнитного поля внутри станет равной нулю. Именно в этом состоит эффект Мейсснера.
Этим сверхпроводник отличается от идеального проводника (то есть проводника с исчезающе малым сопротивлением), у которого при уменьшении удельного сопротивления индукция магнитного поля в объеме сохраняется без изменения. На рис. 1 показано распределение магнитного поля около сверхпроводящего шара при температуре:
Распределение магнитного поля около сверхпроводящего шара
|
Т > Тс Рис. 1а
|
|
Т < Тс, НВН № 0 Рис. 1б
|
|
Т < Тс, НВН = 0 Рис. 1в |
Для сравнения на рис. 2 показано распределение магнитного поля около шара с исчезающим сопротивлением (идеальный воображаемый проводник) при температуре.
Распределение магнитного поля около идеального проводника
|
Т > Тс Рис. 2а
|
|
Т < Тс, НВН № 0 Рис. 2б
|
|
Т < Тс, НВН = 0 Рис. 2в |
Исследования показали, что магнитное поле равно нулю лишь в толще массивного образца. В тонком поверхностном слое оно постепенно уменьшается от заданного значения на поверхности до нуля. Толщина этого слоя, называемого глубиной проникновения, обычно имеет порядок величины 105..106 см. Поведение магнитного поля (В<Вk) вблизи образца в нормальном состоянии и в сверхпроводящем состоянии представлено на рис. 2.
На этом рисунке изображен цилиндрический сверхпроводник, ось которого перпендикулярна плоскости рисунка.
Исследования показали, что магнитное поле равно нулю лишь в толще массивного образца. В тонком поверхностном слое оно постепенно уменьшается от заданного значения на поверхности до нуля. Толщина этого слоя, называемого глубиной проникновения, обычно имеет порядок величины 105..106 см.
Поведение магнитного поля (В<ВК) вблизи образца в нормальном состоянии и в сверхпроводящем состоянии представлено на рис. 1 .
На этом рисунке (а и б) изображен цилиндрический сверхпроводник, ось которого перпендикулярна плоскости рисунка.
Если поместить металл в нормальном состоянии в магнитное поле В, меньшее критического ВК, и затем понижать температуру металла, то в момент перехода металла в сверхпроводящее состояние магнитное поле «выталкивается» из образца и магнитная индукция в образце обращается в нуль.
В этом случае сверхпроводник является идеальным диамагнетиком с магнитной восприимчивостью c = -1. При этом магнитная проницаемость m = 1 + c = 0 и В = m0mН = 0.
Эффект Мейсснера связан с тем, что при переходе в сверхпроводящее состояние, например, цилиндрического образца в магнитном поле В<ВК в поверхностном слое (толщиной 105..106см) сверхпроводящего цилиндра появляется незатухающий круговой ток IS, сила которого как раз такова, что собственное магнитное поле B этого тока компенсирует внешнее магнитное поле в толще сверхпроводника (рис. 3).
Распределение магнитного поля в толще и у поверхности сверхпроводящего шара
|
Рис. 3а
|
|
Рис. 3б |
На рис. 3 представлены сверхпроводящий цилиндр, незатухающий круговой ток в нем и взаимное положение векторов магнитной индукции внешнего поля B и поля тока Bў. На рис. 3б дана зависимость величины вектора магнитной индукции в присутствии сверхпроводящего цилиндра от расстояния r до его оси. Тот же эффект выталкивания магнитного поля из сверхпроводника наблюдается, если металлический образец поместить в магнитное поле в нормальном состоянии, а затем перевести его в сверхпроводящее.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Сверхпроводники, в толщу которых не проникает магнитное поле, характеризуются механическим отталкиванием, и им пользуются для сверхпроводящих подвесов. Такие подвесы применяются в гироскопах, двигателях и других устройствах. Принцип механического отталкивания положен в основу создания электрических машин, к.п.д. которых благодаря свойствам сверхпроводников близок к 100%. В этих машинах вращающаяся часть - ротор - выполнена в виде шестиугольного сверхпроводящего стаканчика. Два магнитика, вращающиеся по окружности статора, отталкивают от себя сверхпроводящий ротор, приходящий во вращение, угловая скорость которого доходит до 20000 об/мин и может быть еще большей.
На явлении сверхпроводимости основана работа криоэлектронных приборов (сквидов, сверхпроводниковых объемных резонаторов, сверхпроводниковых приемников излучения и т. д.)
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта Мейсснера
Простейшая демонстрация состоит в том, что неохлажденная в азоте таблетка сверхпроводника Y-Ba-Cu-O спокойно лежит на магните, никак не реагируя на магнитное поле, а охлажденная висит над ним. После охлаждения в жидком азоте таблетка их сверхпроводника сохраняет сверхпроводимость на воздухе при комнатной температуре около минуты. Более длительные демонстрации нужно проводить в парах жидкого азота. Варианты демонстрации эффекта Мейсснера показаны на рис. 4а и 4б:
Таблетка сверхпроводника, охлаждаемая потоком испаряющегося жидкого азота, висит в зазоре постоянного магнита
Рис. 4а
После окончания жидкого азота в сосуде таблетка упала на нижний полюс магнита
Рис. 4б
Литература
1. Физический энциклопедический словарь.- М.: Советская энциклопедия, 1984.- С.405.
2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики.- М.: Высшая школа, 1999.- С.601, 606.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
