Effetto Meissner: derivazione, pianificazione del flusso, formula e sue applicazioni

Nel 1933, i fisici tedeschi Robert Ochsenfeld e Walther Meißner fecero una scoperta rivoluzionaria nota come effetto Meissner. La loro indagine ha coinvolto la misurazione della distribuzione del campo magnetico che circonda campioni superconduttori di stagno e piombo. Raffreddando questi campioni al di sotto della loro temperatura di transizione superconduttiva e sottoponendoli a un campo magnetico, Ochsenfeld e Meißner osservarono un fenomeno notevole. Il campo magnetico all'esterno dei campioni è aumentato, indicando l'espulsione del campo magnetico dall'interno dei campioni. Questo fenomeno, in cui un superconduttore presenta un campo magnetico minimo o nullo al suo interno, è chiamato stato di Meissner. Tuttavia, questo stato è suscettibile di deterioramento sotto l'influenza di forti campi magnetici. Questo articolo fornisce una panoramica dell'effetto Meissner, dei suoi meccanismi e delle sue applicazioni pratiche.

Cos'è l'effetto Meissner?

L'effetto Meissner è l'espulsione del campo magnetico da a superconduttore durante il suo passaggio allo stato superconduttore ogni volta che viene raffreddato a una temperatura critica. Questa espulsione del campo magnetico resisterà a un magnete vicino e lo stato di Meissner si romperà ogni volta che il campo magnetico applicato è molto forte.

I superconduttori sono disponibili in due classi in base a come avviene la rottura come il tipo I e il tipo II. Il tipo I sono i superconduttori elementari più puri a parte i nanotubi di carbonio e il niobio, mentre il tipo II sono quasi tutti i superconduttori composti e impuri.

Effetto Meissner nei superconduttori

Ogni volta che i superconduttori vengono raffreddati a una temperatura critica, espellono il campo magnetico e non lasciano che il campo magnetico entri al loro interno, quindi questo fenomeno all'interno dei superconduttori è noto come effetto Meissner.

Ogni volta che un materiale superconduttore viene raffreddato al di sotto della sua temperatura critica, si trasforma in una condizione superconduttiva, quindi gli elettroni del materiale formano coppie chiamate Coppie di Cooper. Queste coppie si muovono senza alcuna resistenza in tutto il materiale. Allo stesso tempo, il materiale presenta un diamagnetismo ideale per respingere i campi magnetici.

Questa repulsione può far sì che le linee del campo magnetico si pieghino attorno al superconduttore per creare una corrente superficiale che annulla precisamente il campo magnetico esterno nel materiale, pertanto il campo magnetico viene espulso in modo efficiente dal superconduttore e si verifica l'effetto Meissner.

L'esempio dell'effetto Meissner è mostrato nella figura seguente. Questo stato di Meissner si interrompe ogni volta che il campo magnetico aumenta oltre un valore fisso e il campione si comporta come un normale conduttore.

Quindi, questo determinato valore del campo magnetico oltre il quale il superconduttore ritorna al suo stato normale è noto come campo magnetico critico. In questo caso il valore critico del campo magnetico dipende principalmente dalla temperatura. Quando la temperatura al di sotto della temperatura critica diminuisce, il valore del campo magnetico critico aumenta. Il sotto Grafico dell’effetto Meissner mostra la variazione all'interno del campo magnetico critico attraverso la temperatura.

Derivazione

Le due informazioni essenziali utilizzate per fornire un calcolo matematico derivazione dell'effetto Meissner Sono; il principio di conservazione dell'energia e la relazione principale tra campi magnetici e correnti elettriche. La forza elettromotrice è la tensione generata da una variazione del flusso magnetico attraverso un circuito chiuso. La FEM o forza elettromotrice basata sulla legge di induzione di Faraday all'interno di un circuito chiuso è direttamente proporzionale alla velocità di variazione del campo magnetico attraverso il circuito. Così,

ε = -dΦ/dt

Utilizzando la relazione di cui sopra, possiamo concludere che ogni volta che un materiale passa da una condizione ordinaria a una condizione superconduttiva, qualsiasi flusso magnetico “ F'e esistente originariamente nel materiale dovrebbe cambiare. Quindi questo cambiamento creerà una forza elettromotrice e creerà correnti schermanti sulla superficie del materiale. La resistenza a questo cambiamento nel flusso è ciò che costringe l'effetto Meissner ad espellere il campo magnetico esterno.

Blocco del flusso ed effetto Meissner

Comprendere le principali differenze tra il flusso bloccato e l'effetto Meissner amplia sicuramente la comprensione dei fenomeni superconduttori e ci dice che la superconduttività è una ricca forza interagente e condizioni eccezionali della materia. La differenza tra Flux Pinning e Meissner Effect è discussa di seguito.

Effetto Meissner paramagnetico nei piccoli superconduttori

Questo effetto è la proprietà fondamentale dei superconduttori e implica resistività zero. Attualmente, diversi esperimenti hanno rivelato che alcuni campioni superconduttori possono attrarre un campo magnetico chiamato effetto Meissner paramagnetico. Questo effetto è una funzione oscillante del campo magnetico che sostituisce il tipico effetto Meissner appena al di sopra di un determinato campo ogni volta che numerosi quanti di flusso vengono congelati in un superconduttore.

La condizione paramagnetica risulta metastabile e la condizione di Meissner viene ripristinata con rumore esterno. Quindi l'effetto paramagnetico Meissner è associato alla superconduttività superficiale, quindi rappresenta una proprietà comune dei superconduttori. Riducendo la temperatura, il flusso catturato nel campo critico della superficie nella copertura superconduttiva si riduce in un volume più piccolo consentendo al flusso aggiuntivo di entrare nella superficie.

Applicazioni

IL applicazioni dell'effetto Meissner include il seguente.

• Questo viene utilizzato nella levitazione quantistica o nell'intrappolamento quantistico per sviluppare le future tecnologie di trasporto e il funzionamento degli SQUID per misurare sottili cambiamenti magnetici.
• Questo effetto viene utilizzato nella levitazione magnetica, il che significa che un corpo può essere sospeso senza supporto oltre a un campo magnetico
• Le potenziali applicazioni di questo effetto includono principalmente; veicoli da trasporto che levitano magneticamente, supporti a basse vibrazioni, cuscinetti senza attrito, ecc.
• Questo effetto viene utilizzato nei superconduttori per formare scudi magnetici che difendono i dispositivi sensibili dalle interferenze magnetiche.
• Questo effetto consente la realizzazione di potenti magneti superconduttori per applicazioni di risonanza magnetica e acceleratore di particelle.
• Viene utilizzato in campi di impatto come la ricerca scientifica, l'imaging medico, i trasporti, ecc.

Chi ha scoperto l'effetto Seebeck?

L'effetto Seebeck fu scoperto dal fisico tedesco “Thomas Johann Seebeck” nell'anno 1821.

Perché è importante l’effetto Seebeck?

L'effetto Seebeck è utile per misurare la temperatura con enorme sensibilità e precisione per produrre energia elettrica per varie applicazioni.

Cos'è l'effetto Seebeck e come viene sfruttato per misurare la temperatura?

L'effetto Seebeck è un evento in cui una variazione di temperatura tra due diversi conduttori elettrici (o) semiconduttori genera una disparità di voltaggio tra le due sostanze. Una volta fornito calore ad uno dei due conduttori (o) semiconduttori, e quindi gli elettroni riscaldati fluiscono verso il conduttore (o) semiconduttore più freddo. La differenza di temperatura forma un campo elettromagnetico chiamato effetto Seebeck.

Perché Seebeck aumenta con la temperatura?

Il valore del coefficiente di Seebeck è positivo al di sopra dell'intervallo di temperatura misurato, che mostra prestazioni di tipo p e aumenta con l'aumento della temperatura. La conduttività elettrica aumenta ogni volta che aumenta la temperatura, il che indica le prestazioni del semiconduttore.

Cos'è l'effetto Meissner e come viene utilizzato nella levitazione magnetica?

Questo effetto consente la levitazione magnetica facendo sì che i buoni conduttori tengano lontano un campo magnetico ogni volta che si trasformano in superconduttori. Una volta che il conduttore si è raffreddato al di sotto della sua temperatura critica, i campi magnetici vengono espulsi per creare l'effetto levitante.

Qual è l'effetto Meissner che dimostra che i superconduttori sono materiali diamagnetici perfetti?

I superconduttori nello stato di Meissner mostrano un diamagnetismo ideale (o) super diamagnetismo, il che significa che il superconduttore ha una suscettibilità magnetica -1.

Quindi, questo è una panoramica dell’effetto Meissner , derivazione, differenze e sue applicazioni. Questa è l’espulsione del campo magnetico dalla transizione dei superconduttori ad uno stato superconduttore al di sotto di una temperatura critica. Questo effetto all’interno della superconduttività comporta la generazione di corrente elettrica superficiale che crea un campo contromagnetico per negare i campi magnetici esterni. Ecco una domanda per te: cos'è un superconduttore?