Im Jahr 1933 machten die deutschen Physiker Robert Ochsenfeld und Walther Meißner eine bahnbrechende Entdeckung, den sogenannten Meißner-Effekt. Ihre Untersuchung umfasste die Messung der Magnetfeldverteilung um supraleitende Zinn- und Bleiproben. Als Ochsenfeld und Meißner diese Proben unter ihre supraleitende Übergangstemperatur abkühlten und sie einem Magnetfeld aussetzten, beobachteten sie ein bemerkenswertes Phänomen. Das Magnetfeld außerhalb der Proben nahm zu, was auf die Vertreibung des Magnetfelds aus dem Inneren der Proben hindeutet. Dieses Phänomen, bei dem ein Supraleiter in seinem Inneren nur ein geringes bis gar kein Magnetfeld aufweist, wird als Meissner-Zustand bezeichnet. Allerdings ist dieser Zustand unter dem Einfluss starker Magnetfelder anfällig für einen Zusammenbruch. Dieser Artikel bietet einen Überblick über den Meissner-Effekt, seine Mechanismen und seine praktischen Anwendungen.
Was ist der Meissner-Effekt?
Der Meissner-Effekt ist die Austreibung eines Magnetfeldes aus a Supraleiter beim Übergang in den supraleitenden Zustand, wenn es unter eine kritische Temperatur abgekühlt wird. Diese Ausstoßung des Magnetfelds widersteht einem nahegelegenen Magneten und der Meissner-Zustand bricht zusammen, wenn das angelegte Magnetfeld sehr stark ist.
Supraleiter gibt es in zwei Klassen, je nachdem, wie der Durchschlag erfolgt: Typ I und Typ II. Typ I sind abgesehen von Kohlenstoffnanoröhren und Niob die reinsten elementaren Supraleiter, während es sich beim Typ II fast ausschließlich um zusammengesetzte und unreine Supraleiter handelt.
Meissner-Effekt im Supraleiter
Immer wenn Supraleiter unter eine kritische Temperatur abgekühlt werden, stoßen sie das Magnetfeld aus und lassen das Magnetfeld nicht in ihr Inneres eindringen. Dieses Phänomen bei Supraleitern wird daher als Meissner-Effekt bezeichnet.
Immer wenn ein supraleitendes Material unter seine kritische Temperatur abgekühlt wird, geht es in einen supraleitenden Zustand über, sodass die Elektronen des Materials sogenannte Paare bilden Cooper-Paare. Diese Paare bewegen sich ohne Widerstand durch das Material. Gleichzeitig weist das Material einen idealen Diamagnetismus zur Abstoßung magnetischer Felder auf.
Diese Abstoßung kann dazu führen, dass sich die Magnetfeldlinien um den Supraleiter biegen und einen Oberflächenstrom erzeugen, der das äußere Magnetfeld im Material präzise aufhebt. Dadurch wird das Magnetfeld effizient aus dem Supraleiter ausgestoßen und der Meissner-Effekt tritt auf.
Das Beispiel des Meissner-Effekts ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Dieser Meissner-Zustand bricht immer dann, wenn das Magnetfeld über einen festen Wert hinaus zunimmt und sich die Probe wie ein normaler Leiter verhält.
Dieser bestimmte Magnetfeldwert, ab dem der Supraleiter wieder in seinen Normalzustand zurückkehrt, wird als kritisches Magnetfeld bezeichnet. Dabei hängt der kritische Magnetfeldwert hauptsächlich von der Temperatur ab. Wenn die Temperatur unter die kritische Temperatur sinkt, steigt der kritische Magnetfeldwert. Das untere Meissner-Effekt-Diagramm zeigt die Veränderung des kritischen Magnetfeldes durch die Temperatur.
Ableitung
Die beiden wesentlichen Informationen, die zur Bereitstellung einer mathematischen Analyse verwendet werden Ableitung des Meissner-Effekts Sind; das Energieerhaltungsprinzip und die Hauptbeziehung zwischen Magnetfeldern und elektrischen Strömen. Die elektromotorische Kraft ist die Spannung, die durch eine Änderung des magnetischen Flusses in einem geschlossenen Stromkreis erzeugt wird. Die EMF oder elektromotorische Kraft, die auf dem Faradayschen Induktionsgesetz in einem geschlossenen Stromkreis basiert, ist direkt proportional zur Änderungsrate des Magnetfelds im gesamten Stromkreis. Daher,
ε = -dΦ/dt
Unter Verwendung der obigen Beziehung können wir schlussfolgern, dass bei jedem Übergang eines Materials von einem gewöhnlichen Zustand in einen supraleitenden Zustand jeder magnetische Fluss „ F'e Das ursprünglich im Material vorhandene sollte sich ändern. Diese Änderung erzeugt also eine elektromotorische Kraft und erzeugt Abschirmströme auf der Materialoberfläche. Der Widerstand gegen diese Änderung innerhalb des Flusses ist es, der den Meissner-Effekt dazu zwingt, das äußere Magnetfeld auszustoßen.
Flux Pinning vs. Meissner-Effekt
Das Verständnis der Hauptunterschiede zwischen Flux Pinning und dem Meissner-Effekt erweitert sicherlich das Verständnis supraleitender Phänomene und zeigt uns, dass Supraleitung eine reichhaltige Wechselwirkungskraft und außergewöhnliche Bedingungen für Materie ist. Der Unterschied zwischen Flux Pinning und Meissner-Effekt wird unten diskutiert.
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Fluss-Pinning |
Meissner-Effekt |
| Flux Pinning ist ein Phänomen, das die Beziehungen zwischen einem Magnetfeld und einem Hochtemperatur-Supraleiter beschreibt. | Der Meissner-Effekt ist die Ausstoßung magnetischer Flüsse, wenn ein Material in einem Magnetfeld supraleitend wird. |
| Flux Pinning wird auch als Quantenverriegelung bezeichnet. | Der Meissner-Effekt ist auch als Bardeen-Cooper-Schrieffer-Theorie bekannt. |
| Flux Pinning hat eine begrenzte Magnetfeldretention.
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Dies erklärt die vollständige Austreibung des Magnetfelds aus einem Supraleiter. |
| Flux Pinning gilt für alle Supraleiter.
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Der Meissner-Effekt gilt nur für Supraleiter vom Typ II. |
| Flux Pinning kann aufgrund der Bewegung der Flusslinien zu einer magnetischen Hysterese führen. | Dieser Effekt zeigt idealen Diamagnetismus bei der kritischen Temperatur. |
Paramagnetischer Meissner-Effekt in kleinen Supraleitern
Dieser Effekt ist die grundlegendste Eigenschaft von Supraleitern und impliziert einen spezifischen Widerstand von Null. Derzeit haben mehrere Experimente gezeigt, dass einige supraleitende Proben ein Magnetfeld anziehen können, das als paramagnetischer Meissner-Effekt bezeichnet wird. Dieser Effekt ist eine oszillierende Funktion für das Magnetfeld, die den typischen Meissner-Effekt knapp oberhalb eines bestimmten Feldes ersetzt, wenn in einem Supraleiter zahlreiche Flussquanten eingefroren werden.
Der paramagnetische Zustand erweist sich als metastabil und der Meissner-Zustand wird durch externes Rauschen wiederhergestellt. Der paramagnetische Meissner-Effekt ist also mit der Oberflächensupraleitung verbunden und stellt somit eine gemeinsame Supraleitereigenschaft dar. Durch die Reduzierung der Temperatur wird der im kritischen Feld der Oberfläche in der supraleitenden Abdeckung eingefangene Fluss auf ein kleineres Volumen reduziert, indem der zusätzliche Fluss in die Oberfläche eindringen kann.
Anwendungen
Der Anwendungen des Meissner-Effekts das Folgende einschließen.
- Dies wird bei der Quantenlevitation oder Quantenfalle zur Entwicklung künftiger Transporttechnologien und beim SQUID-Betrieb zur Messung subtiler magnetischer Veränderungen verwendet.
- Dieser Effekt wird bei der Magnetschwebebahn genutzt, was bedeutet, dass ein Körper ohne Unterstützung außerhalb eines Magnetfelds schweben kann
- Zu den potenziellen Anwendungen dieses Effekts gehören hauptsächlich: magnetisch schwebende Transportfahrzeuge, vibrationsarme Lagerung, reibungsfreie Lagerung etc.
- Dieser Effekt wird in Supraleitern genutzt, um magnetische Abschirmungen zu bilden, die empfindliche Geräte vor magnetischen Störungen schützen.
- Dieser Effekt ermöglicht die Herstellung leistungsstarker supraleitender Magnete für Magnetresonanztomographie- und Teilchenbeschleunigeranwendungen.
- Dies wird in wichtigen Bereichen wie der wissenschaftlichen Forschung, der medizinischen Bildgebung, dem Transportwesen usw. eingesetzt.
Wer hat den Seebeck-Effekt entdeckt?
Der Seebeck-Effekt wurde im Jahr 1821 vom deutschen Physiker „Thomas Johann Seebeck“ entdeckt.
Warum ist der Seebeck-Effekt wichtig?
Der Seebeck-Effekt eignet sich zur Temperaturmessung mit großer Empfindlichkeit und Präzision, um elektrische Energie für verschiedene Anwendungen zu erzeugen.
Was ist der Seebeck-Effekt und wie wird er zur Temperaturmessung genutzt?
Der Seebeck-Effekt ist ein Ereignis, bei dem eine Temperaturschwankung zwischen zwei verschiedenen elektrischen Leitern (oder) Halbleiter erzeugt eine Spannungsungleichheit zwischen den beiden Stoffen. Sobald einem der beiden Wärme zugeführt wird Dirigenten (oder) Halbleiter, und dann fließen erhitzte Elektronen zum kühleren Leiter (oder) Halbleiter. Der Temperaturunterschied bildet eine elektromagnetische Kraft, die als Seebeck-Effekt bezeichnet wird.
Warum steigt Seebeck mit der Temperatur?
Der Wert des Seebeck-Koeffizienten ist oberhalb des gemessenen Temperaturbereichs positiv, was die p-Typ-Leistung anzeigt und mit steigender Temperatur ansteigt. Die elektrische Leitfähigkeit nimmt zu, wenn die Temperatur steigt, was auf die Halbleiterleistung hinweist.
Was ist der Meissner-Effekt und wie wird er bei der Magnetschwebebahn genutzt?
Dieser Effekt ermöglicht die Magnetschwebebahn, indem er dafür sorgt, dass gute Leiter ein Magnetfeld fernhalten, wenn sie supraleitend werden. Sobald der Leiter unter seine kritische Temperatur abgekühlt ist, werden Magnetfelder ausgestoßen, um den Schwebeeffekt zu erzeugen.
Was ist der Meissner-Effekt, der zeigt, dass Supraleiter perfekte diamagnetische Materialien sind?
Supraleiter im Meissner-Zustand zeigen idealen Diamagnetismus (oder Superdiamagnetismus), was bedeutet, dass der Supraleiter eine magnetische Suszeptibilität von -1 hat.
Das ist also so ein Überblick über den Meissner-Effekt , Ableitung, Unterschiede und ihre Anwendungen. Dies ist die Verdrängung des Magnetfelds vom Übergang von Supraleitern in einen supraleitenden Zustand unterhalb einer kritischen Temperatur. Dieser Effekt innerhalb der Supraleitung beinhaltet die Erzeugung von elektrischem Oberflächenstrom, der ein Gegenmagnetfeld erzeugt, um äußere Magnetfelder zu neutralisieren. Hier ist eine Frage an Sie: Was ist ein Supraleiter?
