През 1933 г. немските физици Робърт Оксенфелд и Валтер Майснер правят новаторско откритие, известно като ефекта на Майснер. Тяхното изследване включва измерване на разпределението на магнитното поле около свръхпроводящи проби от калай и олово. При охлаждане на тези проби под температурата им на свръхпроводящ преход и подлагането им на магнитно поле, Оксенфелд и Майснер наблюдават забележително явление. Магнитното поле извън пробите се увеличи, което показва изтласкването на магнитното поле от вътрешността на пробите. Това явление, при което свръхпроводникът проявява малко или никакво магнитно поле в себе си, се нарича състояние на Майснер. Това състояние обаче е податливо на разрушаване под въздействието на силни магнитни полета. Тази статия предоставя общ преглед на ефекта на Майснер, неговите механизми и практическите му приложения.
Какво представлява ефектът на Майснер?
Ефектът на Майснер е изтласкването на магнитното поле от a свръхпроводник по време на промяната му в свръхпроводящо състояние, когато се охлади до критична температура. Това изтласкване на магнитното поле ще устои на близкия магнит и състоянието на Майснер ще се разпадне, когато приложеното магнитно поле е много силно.
Свръхпроводниците се предлагат в два класа въз основа на това как се случва разпадането като тип I и тип II. Тип I са най-чистите елементарни свръхпроводници с изключение на въглеродните нанотръби и ниобия, докато тип II са почти всички съединения и нечисти свръхпроводници.
Ефект на Майснер в свръхпроводника
Всеки път, когато свръхпроводниците се охладят до критична температура, те изхвърлят магнитното поле и не позволяват на магнитното поле да навлезе вътре в тях, така че това явление в свръхпроводниците е известно като ефект на Майснер.
Всеки път, когато свръхпроводящ материал се охлади под критичната си температура, той преминава в състояние на свръхпроводимост, така че електроните на материала образуват двойки, наречени Купър двойки. Тези двойки се движат без никакво съпротивление в целия материал. В същото време материалът проявява идеален диамагнетизъм за отблъскване на магнитни полета.
Това отблъскване може да накара линиите на магнитното поле да огъват приблизително свръхпроводника, за да създадат повърхностен ток, който прецизно отменя външното магнитно поле в материала, като по този начин магнитното поле се изхвърля ефективно от свръхпроводника и възниква ефектът на Майснер.

Примерът за ефекта на Майснер е показан на следващата фигура. Това състояние на Майснер се прекъсва всеки път, когато магнитното поле се усили над фиксирана стойност и пробата се държи като нормален проводник.

И така, тази определена стойност на магнитното поле, след която свръхпроводникът се връща в нормалното си състояние, е известна като критично магнитно поле. Тук стойността на критичното магнитно поле зависи главно от температурата. Когато температурата под критичната температура намалява, стойността на критичното магнитно поле се увеличава. По-долу Графика на ефекта на Майснер показва промяната в рамките на критичното магнитно поле чрез температура.

Извеждане
Двете основни части от информацията, използвани за предоставяне на математическа извеждане на ефекта на Майснер са; принципът за запазване на енергията и основната връзка между магнитните полета, както и електрическите токове. Електродвижещата сила е генерираното напрежение от промяна в магнитния поток в затворена верига. ЕМП или електродвижещата сила въз основа на закона за индукция на Фарадей в рамките на затворена верига е пряко пропорционална на скоростта на промяна на магнитното поле в цялата верига. По този начин,
ε = -dΦ/dt
Като използваме горната връзка, можем да заключим, че всеки път, когато материал преминава от обикновено състояние към свръхпроводящо състояние, всеки магнитен поток ' F' e съществуващи първоначално в материала, трябва да се променят. Така че тази промяна ще създаде електродвижеща сила и ще създаде екраниращи токове върху повърхността на материала. Съпротивлението срещу тази промяна в рамките на потока е това, което принуждава ефекта на Майснер да изхвърли външното магнитно поле.
Flux Pinning срещу ефект на Майснер
Разбирането на основните разлики между фиксирането на потока и ефекта на Майснер със сигурност разширява разбирането за свръхпроводящите явления и ни казва, че свръхпроводимостта е богата на взаимодействие сила и изключителни състояния на материята. Разликата между Flux Pinning и ефекта на Meissner е обсъдена по-долу.
Фиксиране на потока |
Ефект на Майснер |
Фиксирането на потока е вид явление, което описва връзките между магнитно поле и високотемпературен свръхпроводник. | Ефектът на Майснер е изтласкването на магнитния поток, когато даден материал се превърне в свръхпроводящ в магнитно поле. |
Фиксирането на потока е известно още като квантово заключване. | Ефектът на Майснер е известен още като теорията на Бардийн-Купър-Шрифер. |
Flux Pinning има ограничено задържане на магнитното поле.
|
Това обяснява пълното изтласкване на магнитното поле от свръхпроводника. |
Flux Pinning се прилага за всички свръхпроводници.
|
Ефектът на Майснер се прилага само за свръхпроводници тип II. |
Фиксирането на потока може да причини магнитно хистерезис поради движението на линиите на потока. | Този ефект показва идеален диамагнетизъм при критичната температура. |
Парамагнитен ефект на Майснер в малки свръхпроводници
Този ефект е най-фундаменталното свойство на свръхпроводниците и предполага нулево съпротивление. Понастоящем няколко експеримента разкриха, че някои свръхпроводящи проби могат да привличат магнитно поле, което се нарича парамагнитен ефект на Майснер. Този ефект е осцилираща функция за магнитното поле, което замества типичния ефект на Майснер просто над определено поле, когато множество кванти на потока са замразени в свръхпроводник.
Установено е, че парамагнитното състояние е метастабилно и състоянието на Майснер се възстановява с външен шум. Така че парамагнитният ефект на Майснер е свързан с повърхностната свръхпроводимост и следователно представлява общо свойство на свръхпроводника. Чрез намаляване на температурата, уловеният поток в критичното поле на повърхността в свръхпроводящото покритие намалява до по-малък обем, като позволява на допълнителния поток да навлезе в повърхността.
Приложения
The приложения на ефекта на Майснер включват следното.
- Това се използва в Quantum Levitation или Quantum Trapping за разработване на предстоящи транспортни технологии и операция SQUID за измерване на фините магнитни промени.
- Този ефект се използва при магнитна левитация, което означава, че тялото може да бъде окачено без опора, освен от магнитно поле
- Потенциалните приложения на този ефект включват главно; транспортни средства, левитиращи магнитно, опори с ниска вибрация, търкалящи лагери и др.
- Този ефект се използва в свръхпроводниците за образуване на магнитни щитове, които защитават чувствителните устройства от магнитни смущения.
- Този ефект позволява да се правят мощни свръхпроводящи магнити за приложения с магнитен резонанс и ускорители на частици.
- Това се използва във въздействащи области като научни изследвания, медицински изображения, транспорт и др.
Кой откри ефекта на Зеебек?
Ефектът на Зеебек е открит от немския физик, а именно 'Томас Йохан Зеебек' през 1821 г.
Защо ефектът на Seebeck е важен?
Ефектът на Seebeck е полезен при измерване на температура с огромна чувствителност и прецизност за производство на електрическа енергия за различни приложения.
Какво представлява ефектът на Seebeck и как се използва за измерване на температурата?
Ефектът на Seebeck е събитие, при което температурна промяна между два различни електрически проводника (или) полупроводници генерира разлика в напрежението между двете вещества. След като се осигури топлина на единия от двата проводници (или) полупроводници и след това нагретите електрони протичат към по-хладния проводник (или) полупроводник. Разликата в температурата образува ЕМП, наречен ефект на Зеебек.
Защо Seebeck се увеличава с температурата?
Стойността на коефициента на Seebeck е положителна над измерения диапазон на температурата, което показва производителност от тип p и се повишава с повишаването на температурата. Електрическата проводимост се увеличава, когато температурата се повишава, което показва производителност на полупроводника.
Какво представлява ефектът на Майснер и как се използва в магнитната левитация?
Този ефект позволява магнитна левитация, като кара добрите проводници да пазят магнитно поле винаги, когато се превърнат в свръхпроводящи. След като проводникът се охлади до критичната си температура, тогава магнитните полета се изхвърлят, за да създадат левитиращия ефект.
Какъв е ефектът на Майснер, който показва, че свръхпроводниците са перфектни диамагнитни материали?
Свръхпроводниците в състоянието на Майснер показват идеален диамагнетизъм (или) супер диамагнетизъм, което означава, че свръхпроводникът има магнитна чувствителност -1.
По този начин, това е преглед на ефекта на Майснер , извеждане, разлики и приложенията му. Това е изтласкването на магнитното поле от преминаването на свръхпроводници в свръхпроводящо състояние под критична температура. Този ефект в рамките на свръхпроводимостта включва повърхностно генериране на електрически ток, което създава противомагнитно поле, за да отрича външните магнитни полета. Ето един въпрос към вас, какво е свръхпроводник?