In 1933 deden de Duitse natuurkundigen Robert Ochsenfeld en Walther Meißner een baanbrekende ontdekking die bekend staat als het Meissner-effect. Hun onderzoek omvatte het meten van de magnetische veldverdeling rond supergeleidende monsters van tin en lood. Door deze monsters af te koelen tot onder hun supergeleidende overgangstemperatuur en ze aan een magnetisch veld te onderwerpen, namen Ochsenfeld en Meißner een opmerkelijk fenomeen waar. Het magnetische veld buiten de monsters nam toe, wat de verdrijving van het magnetische veld uit de monsters aangeeft. Dit fenomeen, waarbij een supergeleider weinig tot geen magnetisch veld vertoont, wordt de Meissner-toestand genoemd. Deze toestand is echter vatbaar voor afbraak onder invloed van sterke magnetische velden. Dit artikel geeft een overzicht van het Meissner-effect, de mechanismen ervan en de praktische toepassingen ervan.
Wat is het Meissner-effect?
Het Meissner-effect is de uitdrijving van het magnetische veld uit a supergeleider tijdens de verandering naar de supergeleidende toestand wanneer het wordt afgekoeld tot onder een kritische temperatuur. Deze uitdrijving van het magnetische veld zal weerstand bieden aan een nabijgelegen magneet en de Meissner-toestand zal afbreken wanneer het aangelegde magnetische veld erg sterk is.
Supergeleiders zijn verkrijgbaar in twee klassen, afhankelijk van hoe afbraak plaatsvindt, zoals type I en type II. Type I zijn de meest pure elementaire supergeleiders, afgezien van koolstofnanobuisjes en niobium, terwijl type II bijna allemaal samengestelde en onzuivere supergeleiders zijn.
Meissner-effect in supergeleider
Telkens wanneer supergeleiders worden afgekoeld tot een kritische temperatuur, verdrijven ze het magnetische veld en laten ze het magnetische veld niet binnendringen. Dit fenomeen in supergeleiders staat daarom bekend als het Meissner-effect.
Telkens wanneer een supergeleidend materiaal wordt afgekoeld tot onder zijn kritische temperatuur, verandert het in een supergeleidende toestand, zodat de elektronen van het materiaal paren vormen die we elkaar noemen. Cooper-paren. Deze paren bewegen zich zonder enige weerstand door het materiaal. Tegelijkertijd vertoont het materiaal een ideaal diamagnetisme om magnetische velden af te weren.
Deze afstoting kan ervoor zorgen dat de magnetische veldlijnen rond de supergeleider buigen, waardoor een oppervlaktestroom ontstaat die het externe magnetische veld in het materiaal nauwkeurig opheft. Het magnetische veld wordt dus efficiënt uit de supergeleider uitgestoten en het Meissner-effect treedt op.
Het voorbeeld van het Meissner-effect wordt weergegeven in de volgende afbeelding. Deze Meissner-toestand breekt wanneer het magnetische veld een vaste waarde overschrijdt en het monster zich gedraagt als een normale geleider.
Deze bepaalde magnetische veldwaarde waarboven de supergeleider terugkeert naar zijn normale toestand staat bekend als het kritische magnetische veld. Hier hangt de kritische magnetische veldwaarde vooral af van de temperatuur. Wanneer de temperatuur onder de kritische temperatuur daalt, neemt de kritische magnetische veldwaarde toe. Het onderstaande Meissner-effectgrafiek toont de verandering binnen het kritische magnetische veld door middel van temperatuur.
Afleiding
De twee essentiële stukjes informatie die worden gebruikt om een wiskundig inzicht te verschaffen afleiding van het Meissner-effect Zijn; het energiebesparingsprincipe en de belangrijkste relatie tussen magnetische velden en elektrische stromen. Elektromotorische kracht is de spanning die wordt gegenereerd door een verandering in de magnetische flux door een gesloten circuit. De EMF of elektromotorische kracht, gebaseerd op de inductiewet van Faraday, binnen een gesloten circuit is rechtstreeks evenredig met de snelheid waarmee het magnetische veld in het hele circuit verandert. Dus,
ε = -dΦ/dt
Door gebruik te maken van de bovenstaande relatie kunnen we concluderen dat wanneer een materiaal overgaat van een gewone toestand naar een supergeleidende toestand, elke magnetische flux ‘ F' e die oorspronkelijk in het materiaal bestond, zou moeten veranderen. Deze verandering zal dus een elektromotorische kracht creëren en zeefstromen op het materiaaloppervlak creëren. De weerstand tegen deze verandering binnen de flux dwingt het Meissner-effect om het externe magnetische veld uit te werpen.
Flux Pinning versus Meissner-effect
Het begrijpen van de belangrijkste verschillen tussen flux pinning en het Meissner-effect vergroot zeker het begrip van supergeleidende verschijnselen en vertelt ons dat supergeleiding een rijke, op elkaar inwerkende kracht en uitzonderlijke omstandigheden van materie is. Het verschil tussen Flux Pinning en Meissner Effect wordt hieronder besproken.
|
Flux vastzetten |
Meissner-effect |
| Flux pinning is een soort fenomeen dat de relaties beschrijft tussen een magnetisch veld en een supergeleider bij hoge temperatuur. | Het Meissner-effect is de uitdrijving van de magnetische flux wanneer een materiaal in een magnetisch veld supergeleidend wordt. |
| Flux-pinning wordt ook wel Quantum-vergrendeling genoemd. | Het Meissner-effect staat ook bekend als de Bardeen-Cooper-Schrieffer-theorie. |
| Flux Pinning heeft een beperkte retentie van het magnetische veld.
|
Dit verklaart de volledige uitdrijving van het magnetische veld uit een supergeleider. |
| Flux Pinning is van toepassing op alle supergeleiders.
|
Het Meissner-effect is alleen van toepassing op Type II-supergeleiders. |
| Flux Pinning kan magnetische hysteretische prestaties veroorzaken vanwege de beweging van fluxlijnen. | Dit effect vertoont een ideaal diamagnetisme bij de kritische temperatuur. |
Paramagnetisch Meissner-effect in kleine supergeleiders
Dit effect is de meest fundamentele eigenschap van supergeleiders en impliceert een nulweerstand. Momenteel hebben verschillende experimenten aangetoond dat sommige supergeleidende monsters een magnetisch veld kunnen aantrekken dat het paramagnetische Meissner-effect wordt genoemd. Dit effect is een oscillerende functie voor het magnetische veld dat het typische Meissner-effect vervangt, eenvoudigweg boven een bepaald veld, wanneer talloze fluxkwanta in een supergeleider bevroren zijn.
De paramagnetische toestand blijkt metastabiel te zijn en de Meissner-toestand wordt hersteld met externe ruis. Het paramagnetische Meissner-effect houdt dus verband met de supergeleiding van het oppervlak en vertegenwoordigt dus een algemene supergeleidereigenschap. Door de temperatuur te verlagen, wordt de opgevangen flux in het kritische veld van het oppervlak in de supergeleidende afdekking gereduceerd tot een kleiner volume doordat de extra flux het oppervlak kan binnendringen.
Toepassingen
De toepassingen van het Meissner-effect omvatten het volgende.
- Dit wordt gebruikt bij Quantum Levitation of Quantum Trapping om opkomende transporttechnologieën en de SQUID-operatie te ontwikkelen om subtiele magnetische veranderingen te meten.
- Dit effect wordt gebruikt bij magnetische levitatie, wat betekent dat een lichaam zonder ondersteuning kan worden opgehangen, afgezien van een magnetisch veld
- De potentiële toepassingen van dit effect omvatten voornamelijk; magnetisch zwevende transportvoertuigen, trillingsarme steunen, wrijvingsloze lagers, enz.
- Dit effect wordt in supergeleiders gebruikt om magnetische schilden te vormen die gevoelige apparaten beschermen tegen magnetische interferentie.
- Dit effect maakt het mogelijk krachtige supergeleidende magneten te maken voor magnetische resonantiebeeldvorming en deeltjesversnellertoepassingen.
- Dit wordt gebruikt op gebieden zoals wetenschappelijk onderzoek, medische beeldvorming, transport, enz.
Wie heeft het Seebeck-effect ontdekt?
Het Seebeck-effect werd ontdekt door de Duitse natuurkundige, namelijk 'Thomas Johann Seebeck', in het jaar 1821.
Waarom is het Seebeck-effect belangrijk?
Het Seebeck-effect is nuttig bij het meten van de temperatuur met enorme gevoeligheid en precisie om elektrische stroom te produceren voor verschillende toepassingen.
Wat is het Seebeck-effect en hoe wordt het benut om de temperatuur te meten?
Het Seebeck-effect is een verschijnsel waarbij een temperatuurvariatie tussen twee verschillende elektrische geleiders (of) halfgeleiders genereert een spanningsverschil tussen de twee stoffen. Zodra warmte wordt geleverd aan een van de twee geleiders (of) halfgeleiders, en vervolgens stromen verwarmde elektronen naar de koelere geleider (of) halfgeleider. Het temperatuurverschil vormt een EMF die het Seebeck-effect wordt genoemd.
Waarom neemt Seebeck toe met de temperatuur?
De Seebeck-coëfficiëntwaarde is positief boven het gemeten temperatuurbereik, wat p-type prestaties laat zien en stijgt met de temperatuurstijging. De elektrische geleidbaarheid neemt toe wanneer de temperatuur stijgt, wat duidt op de prestaties van de halfgeleider.
Wat is het Meissner-effect en hoe wordt het gebruikt bij magnetische levitatie?
Dit effect maakt magnetische levitatie mogelijk door ervoor te zorgen dat goede geleiders een magnetisch veld weghouden wanneer ze supergeleidend worden. Zodra de geleider is afgekoeld tot onder de kritische temperatuur, worden magnetische velden uitgestoten om het zwevende effect te creëren.
Wat is het Meissner-effect dat aantoont dat supergeleiders perfecte diamagnetische materialen zijn?
Supergeleiders in de staat Meissner vertonen ideaal diamagnetisme (of) superdiamagnetisme, wat betekent dat de supergeleider een magnetische gevoeligheid van -1 heeft.
Dit is dus het geval een overzicht van het Meissner-effect , afleiding, verschillen en de toepassingen ervan. Dit is de uitdrijving door het magnetische veld van de overgang van supergeleiders naar een supergeleidende toestand onder een kritische temperatuur. Dit effect binnen supergeleiding omvat de opwekking van elektrische stroom aan het oppervlak die een tegenmagnetisch veld creëert om magnetische velden van buitenaf teniet te doen. Hier is een vraag voor jou: wat is een supergeleider?
