Efecto Meissner

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Efecto Meissner , efecto Meissner (del alemán  Meißner ): desplazamiento completo del campo magnético del volumen del conductor durante su transición al estado superconductor . El fenómeno fue observado por primera vez en 1933 por los físicos alemanes W. Meisner y R. Oksenfeld .

Explicación física

Cuando un superconductor se enfría en un campo magnético externo constante, en el momento de la transición al estado superconductor, el campo magnético se desplaza completamente de su volumen. Esto distingue cualitativamente al superconductor del material "ordinario" con alta conductividad.

La ausencia de un campo magnético en el volumen del conductor nos permite concluir de las leyes generales del campo magnético que solo existe corriente superficial en él. Es físicamente real y ocupa una capa delgada cerca de la superficie. Por ejemplo, en el caso de una pelota colocada en un campo externo (ver Fig.), esta corriente estará formada por portadores de carga que se mueven en la capa cercana a la superficie a lo largo de trayectorias anulares que se encuentran en planos ortogonales al plano de la figura y el campo en el infinito (el radio de los anillos varía desde el radio de la bola en el medio hasta cero en la parte superior e inferior).

El papel de la conductividad ideal es que la corriente superficial emergente fluya de forma no disipativa e indefinida; con una resistencia finita, el medio no podría responder a la aplicación del campo de esta manera.

El campo magnético de la corriente generada compensa el campo externo en el espesor del superconductor (es apropiada una analogía con el blindaje del campo eléctrico por la carga inducida en la superficie del metal). A este respecto, el superconductor se comporta formalmente como un diamagnet ideal . Sin embargo, no es un diaimán, ya que la magnetización en su interior es cero. Físicamente, se podría hablar de un diamagnet ideal si, a una fuerza local del campo magnético , la permeabilidad del medio resultara ser igual a cero , pero en un superconductor, la fuerza y ​​todos los argumentos sobre sus propiedades como imán pierden. su significado

La naturaleza del efecto Meissner fue explicada por primera vez por los hermanos Fritz y Heinz London utilizando la ecuación de Londres . Demostraron que en un superconductor, el campo penetra a una profundidad fija desde la superficie: la profundidad de Londres de penetración del campo magnético . Para metales µm.

Superconductores tipo I y II

Las sustancias puras en las que se observa el fenómeno de la superconductividad no son numerosas. Más a menudo, la superconductividad ocurre en las aleaciones. Para las sustancias puras se produce el efecto Meissner completo, mientras que para las aleaciones no se produce la expulsión completa del campo magnético del volumen (efecto Meissner parcial). Las sustancias que presentan el efecto Meissner completo se denominan superconductores de tipo I y las parciales se denominan superconductores de tipo II. Sin embargo, vale la pena señalar que en campos magnéticos bajos todos los tipos de superconductores exhiben el efecto Meissner completo.

Los superconductores del segundo tipo en el volumen tienen corrientes circulares que crean un campo magnético que, sin embargo, no llena todo el volumen, sino que se distribuye en forma de hilos separados de vórtices de Abrikosov . En cuanto a la resistencia, es igual a cero, como en los superconductores del primer tipo, aunque el movimiento de vórtices bajo la acción de la corriente actual crea una resistencia efectiva en forma de pérdidas disipativas para el movimiento del flujo magnético en el interior del superconductor. , que se evita introduciendo defectos en la estructura del superconductor - centros de fijación , para los cuales se "aferran" los vórtices.

"Ataúd de Mahoma"

"Ataúd de Mahoma": un experimento que demuestra el efecto Meissner en superconductores [1] .

Origen del nombre

Según la leyenda , el ataúd con el cuerpo del profeta Mahoma colgaba en el espacio sin ningún tipo de soporte, por lo que a este experimento se le llama el "ataúd de Mahoma".

Declaración de experiencia

La superconductividad existe solo a bajas temperaturas (en cerámica HTSC , a temperaturas inferiores a 150 K ), por lo que la sustancia se enfría previamente, por ejemplo, con nitrógeno líquido . A continuación , el imán se coloca sobre la superficie de un superconductor plano. Incluso en campos cuya inducción magnética es de 0,001 T , el imán se desplaza notablemente hacia arriba en una distancia del orden de un centímetro. Con un aumento en el campo hasta el crítico, el imán sube más y más.

Explicación

Una de las propiedades de los superconductores es la expulsión del campo magnético de la región de la fase superconductora. A partir del superconductor inmóvil, el imán "flota" y continúa "flotando" hasta que las condiciones externas sacan al superconductor de la fase superconductora. Como resultado de este efecto, un imán que se acerca a un superconductor "ve" un imán de la misma polaridad y exactamente del mismo tamaño, lo que provoca la levitación.

Notas

  1. ↑ Yu. Martynenko Sobre los problemas de levitación de cuerpos en campos de fuerza (1996). Consultado el 9 de abril de 2012. Archivado desde el original el 16 de agosto de 2010.

Literatura

Enlaces