Resistansi nol bukan satu-satunya fitur superkonduktivitas. Salah satu perbedaan utama antara superkonduktor dan konduktor ideal adalah efek Meissner, yang ditemukan oleh Walter Meissner dan Robert Oksenfeld pada tahun 1933.

Efek Meissner terdiri dari "mendorong keluar" medan magnet oleh superkonduktor dari bagian ruang yang ditempatinya. Hal ini disebabkan oleh adanya arus yang tidak teredam di dalam superkonduktor, yang menciptakan medan magnet internal yang berlawanan dengan medan magnet eksternal yang diterapkan dan mengkompensasinya.

Ketika superkonduktor didinginkan, yang berada dalam medan magnet konstan eksternal, pada saat transisi ke keadaan superkonduktor, medan magnet sepenuhnya dipindahkan dari volumenya. Ini membedakan superkonduktor dari konduktor ideal, di mana, ketika resistansi turun ke nol, induksi medan magnet dalam volume harus tetap tidak berubah.

Tidak adanya medan magnet dalam volume konduktor memungkinkan kita untuk menyimpulkan dari hukum umum medan magnet bahwa hanya arus permukaan yang ada di dalamnya. Secara fisik nyata dan karena itu menempati beberapa lapisan tipis di dekat permukaan. Medan magnet arus menghancurkan medan magnet luar di dalam superkonduktor. Dalam hal ini, superkonduktor berperilaku formal sebagai diamagnet ideal. Namun, itu bukan diamagnet, karena di dalamnya, magnetisasi adalah nol.

Efek Meissner pertama kali dijelaskan oleh saudara Fritz dan Heinz London. Mereka menunjukkan bahwa dalam superkonduktor medan magnet menembus ke kedalaman tetap dari permukaan - kedalaman penetrasi medan magnet London λ . Untuk logam l~10 -2 m.

Zat murni di mana fenomena superkonduktivitas diamati tidak banyak. Lebih sering, superkonduktivitas terjadi pada paduan. Untuk zat murni, efek Meissner penuh terjadi, sedangkan untuk paduan tidak ada pengusiran lengkap medan magnet dari volume (efek Meissner parsial). Zat yang menunjukkan efek Meissner penuh disebut superkonduktor jenis pertama , dan sebagian superkonduktor jenis kedua .

Superkonduktor jenis kedua dalam volume memiliki arus melingkar yang menciptakan medan magnet, yang, bagaimanapun, tidak mengisi seluruh volume, tetapi didistribusikan di dalamnya dalam bentuk utas terpisah. Adapun resistansi, sama dengan nol, seperti pada superkonduktor jenis pertama.

Transisi suatu zat ke keadaan superkonduktor disertai dengan perubahan sifat termalnya. Namun, perubahan ini tergantung pada jenis superkonduktor yang dipertimbangkan. Jadi, untuk superkonduktor tipe I tanpa adanya medan magnet pada suhu transisi T S panas transisi (penyerapan atau pelepasan) hilang, dan akibatnya mengalami lonjakan kapasitas panas, yang merupakan karakteristik transisi fase jenis . Ketika transisi dari keadaan superkonduktor ke keadaan normal dilakukan dengan mengubah medan magnet yang diterapkan, maka panas harus diserap (misalnya, jika sampel diisolasi secara termal, maka suhunya menurun). Dan ini sesuai dengan transisi fase orde . Untuk superkonduktor jenis , transisi dari superkonduktor ke keadaan normal dalam kondisi apa pun akan menjadi transisi fase jenis .

Fenomena pengusiran medan magnet dapat diamati dalam eksperimen yang disebut "peti mati Muhammad". Jika magnet ditempatkan pada permukaan superkonduktor datar, maka levitasi dapat diamati - magnet akan menggantung agak jauh dari permukaan tanpa menyentuhnya. Bahkan di medan dengan induksi orde 0,001 T, magnet bergeser ke atas sejauh orde sentimeter. Ini karena medan magnet didorong keluar dari superkonduktor, sehingga magnet yang mendekati superkonduktor akan "melihat" magnet dengan polaritas dan ukuran yang sama persis - yang akan menyebabkan levitasi.

Nama percobaan ini - "peti mati Muhammad" - disebabkan oleh fakta bahwa, menurut legenda, peti mati dengan tubuh nabi Muhammad digantung di luar angkasa tanpa penyangga.

Penjelasan teoritis pertama superkonduktivitas diberikan pada tahun 1935 oleh Fritz dan Heinz London. Sebuah teori yang lebih umum dibangun pada tahun 1950 oleh L.D. Landau dan V.L. Ginzburg. Ini telah menyebar luas dan dikenal sebagai teori Ginzburg-Landau. Namun, teori-teori ini bersifat fenomenologis dan tidak mengungkapkan mekanisme rinci superkonduktivitas. Untuk pertama kalinya, superkonduktivitas pada tingkat mikroskopis dijelaskan pada tahun 1957 dalam karya fisikawan Amerika John Bardeen, Leon Cooper dan John Schrieffer. Elemen sentral dari teori mereka, yang disebut teori BCS, adalah apa yang disebut pasangan elektron Cooper.

Fenomena ini pertama kali diamati pada tahun 1933 oleh fisikawan Jerman Meisner dan Oksenfeld. Efek Meissner didasarkan pada fenomena perpindahan lengkap medan magnet dari material selama transisi ke keadaan superkonduktor. Penjelasan efeknya terkait dengan nilai hambatan listrik superkonduktor yang sangat nol. Penetrasi medan magnet ke dalam konduktor biasa dikaitkan dengan perubahan fluks magnet, yang, pada gilirannya, menciptakan EMF arus induksi dan induksi yang mencegah perubahan fluks magnet.

Medan magnet menembus superkonduktor ke kedalaman, perpindahan medan magnet dari superkonduktor, ditentukan oleh konstanta , yang disebut konstanta London:

. (3.54)

Beras. 3.17 Skema efek Meissner.

Gambar tersebut menunjukkan garis-garis medan magnet dan perpindahannya dari superkonduktor pada suhu di bawah suhu kritis.

Ketika suhu melewati nilai kritis, medan magnet di superkonduktor berubah tajam, yang mengarah pada munculnya pulsa EMF di induktor.

Beras. 3.18 Sebuah sensor yang mengimplementasikan efek Meissner.

Fenomena ini digunakan untuk mengukur medan magnet yang sangat lemah, untuk menciptakan cryotron(berpindah perangkat).

Beras. 3.19 Desain dan penunjukan cryotron.

Secara struktural, cryotron terdiri dari dua superkonduktor. Kumparan niobium dililitkan di sekitar konduktor tantalum, yang melaluinya arus kontrol mengalir. Dengan peningkatan arus kontrol, kekuatan medan magnet meningkat, dan tantalum berpindah dari keadaan superkonduktivitas ke keadaan biasa. Dalam hal ini, konduktivitas konduktor tantalum berubah tajam, dan arus operasi di sirkuit praktis menghilang. Atas dasar cryotron, misalnya, katup yang dikendalikan dibuat.

Efek Meissner

Efek Meissner adalah perpindahan lengkap medan magnet dari volume konduktor selama transisi ke keadaan superkonduktor. Ketika superkonduktor didinginkan dalam medan magnet konstan eksternal, pada saat transisi ke keadaan superkonduktor, medan magnet sepenuhnya dipindahkan dari volumenya. Ini membedakan superkonduktor dari konduktor ideal, di mana, ketika resistansi turun ke nol, induksi medan magnet dalam volume harus tetap tidak berubah.

Tidak adanya medan magnet dalam volume konduktor memungkinkan kita untuk menyimpulkan dari hukum umum medan magnet bahwa hanya arus permukaan yang ada di dalamnya. Secara fisik nyata dan karena itu menempati beberapa lapisan tipis di dekat permukaan. Medan magnet arus menghancurkan medan magnet luar di dalam superkonduktor. Dalam hal ini, superkonduktor berperilaku formal sebagai diamagnet ideal. Namun, itu bukan diamagnet, karena magnetisasi di dalamnya adalah nol.

Teori superkonduktivitas

Pada suhu yang sangat rendah, sejumlah zat memiliki ketahanan setidaknya 10-12 kali lebih kecil dari pada suhu kamar. Eksperimen menunjukkan bahwa jika arus dibuat dalam rangkaian superkonduktor tertutup, maka arus ini terus bersirkulasi bahkan tanpa sumber EMF. Arus Foucault di superkonduktor bertahan untuk waktu yang sangat lama dan tidak meluruh karena tidak adanya panas Joule (arus hingga 300A terus mengalir selama berjam-jam berturut-turut). Studi tentang aliran arus melalui sejumlah konduktor yang berbeda menunjukkan bahwa resistansi kontak antara superkonduktor juga sama dengan nol. Sifat khas superkonduktivitas adalah tidak adanya fenomena Hall. Sementara di konduktor biasa, di bawah pengaruh medan magnet, arus dalam logam dipindahkan, di superkonduktor fenomena ini tidak ada. Arus dalam superkonduktor, seolah-olah, tetap pada tempatnya. Superkonduktivitas menghilang di bawah pengaruh faktor-faktor berikut:

• 1) kenaikan suhu;
• 2) aksi medan magnet yang cukup kuat;
• 3) kerapatan arus yang cukup tinggi dalam sampel;

Saat suhu naik, resistansi ohmik yang cukup besar muncul hampir tiba-tiba. Transisi dari superkonduktivitas ke konduktivitas lebih curam dan lebih terlihat, sampel lebih homogen (transisi paling curam diamati pada kristal tunggal). Transisi dari keadaan superkonduktor ke keadaan normal dapat dicapai dengan meningkatkan medan magnet pada suhu di bawah suhu kritis.

Penjelasan fisik

Ketika superkonduktor didinginkan dalam medan magnet konstan eksternal, pada saat transisi ke keadaan superkonduktor, medan magnet sepenuhnya dipindahkan dari volumenya. Ini membedakan superkonduktor dari konduktor ideal, di mana, ketika resistansi turun ke nol, induksi medan magnet dalam volume harus tetap tidak berubah.

Tidak adanya medan magnet dalam volume konduktor memungkinkan kita untuk menyimpulkan dari hukum umum medan magnet bahwa hanya arus permukaan yang ada di dalamnya. Secara fisik nyata dan karena itu menempati beberapa lapisan tipis di dekat permukaan. Medan magnet arus menghancurkan medan magnet luar di dalam superkonduktor. Dalam hal ini, superkonduktor berperilaku formal seperti diamagnet ideal. Namun, itu bukan diamagnet, karena magnetisasi di dalamnya adalah nol.

Efek Meissner tidak dapat dijelaskan dengan konduktivitas tak terbatas saja. Untuk pertama kalinya, sifatnya dijelaskan oleh saudara Fritz dan Heinz London menggunakan persamaan London. Mereka menunjukkan bahwa medan menembus superkonduktor ke kedalaman tetap dari permukaan, kedalaman penetrasi medan magnet London. Untuk logam m.

Superkonduktor tipe I dan II

Zat murni di mana fenomena superkonduktivitas diamati tidak banyak. Lebih sering, superkonduktivitas terjadi pada paduan. Untuk zat murni, efek Meissner penuh terjadi, sedangkan untuk paduan tidak ada pengusiran lengkap medan magnet dari volume (efek Meissner parsial). Zat yang menunjukkan efek Meissner penuh disebut superkonduktor tipe I, dan yang parsial disebut superkonduktor tipe II.

Superkonduktor jenis kedua dalam volume memiliki arus melingkar yang menciptakan medan magnet, yang, bagaimanapun, tidak mengisi seluruh volume, tetapi didistribusikan di dalamnya dalam bentuk utas terpisah. Adapun resistansi, sama dengan nol, seperti pada superkonduktor jenis pertama.

"Peti mati Muhammad"

"Peti Mati Muhammad" adalah eksperimen yang menunjukkan efek ini pada superkonduktor.

asal nama

Yayasan Wikimedia. 2010 .

Lihat apa itu "Efek Meissner" di kamus lain:

Efek Meissner- Meisnerio reiškinys statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Efek Meissner vok. Efek Meiner, m; Meißner Ochsenfeld Effekt, di rus. Efek Meissner, m pranc. efek Meissner, m … Fizikos terminų odynas

Efek Meissner-Ochsenfeld- Fenomena lenyapnya induksi magnetik di kedalaman superkonduktor masif ... Kamus penjelasan terminologi politeknik

Perpindahan medan magnet dari konduktor logam selama transisi ke keadaan superkonduktor; ditemukan pada tahun 1933 oleh fisikawan Jerman W. Meißner dan R. Ochsenfeld. * * * EFEK MEISNER EFEK MEISNER, represi ... ... kamus ensiklopedis

Diagram Efek Meissner. Ditampilkan adalah garis-garis medan magnet dan perpindahannya dari superkonduktor di bawah suhu kritisnya. Efek Meissner adalah perpindahan lengkap medan magnet dari material selama transisi ke keadaan superkonduktor. ... ... Wikipedia

Perpindahan total magnet. bidang logam. konduktor ketika yang terakhir menjadi superkonduktor (ketika suhu dan kekuatan medan magnet menurun di bawah nilai kritis Hc). Saya. pertama mengamatinya. fisikawan W. Meissner dan R. ... ... Ensiklopedia Fisik

EFEK MEISSNER, perpindahan medan magnet dari suatu zat selama transisi ke keadaan superkonduktor (lihat Superkonduktivitas). Ditemukan oleh fisikawan Jerman W. Meisner dan R. Oksenfeld pada tahun 1933 ... Ensiklopedia Modern

Perpindahan medan magnet dari zat selama transisi ke keadaan superkonduktor; ditemukan pada tahun 1933 oleh fisikawan Jerman W. Meisner dan R. Ochsenfeld ... Kamus Ensiklopedis Besar

Efek Meissner- EFEK MEISSNER, pengusiran medan magnet dari suatu zat selama transisi ke keadaan superkonduktor (lihat Superkonduktivitas). Ditemukan oleh fisikawan Jerman W. Meisner dan R. Oksenfeld pada tahun 1933. ... Kamus Ensiklopedis Bergambar

Pengusiran lengkap medan magnet dari konduktor logam ketika yang terakhir menjadi superkonduktor (ketika kekuatan medan magnet yang diterapkan di bawah nilai kritis Hk). Saya. pertama kali diamati pada tahun 1933 oleh fisikawan Jerman ... ... Ensiklopedia Besar Soviet

Buku

• artikel ilmiah saya Buku 2. Metode matriks kepadatan dalam teori kuantum superfluiditas dan kawat super, Bondarev Boris Vladimirovich. Buku ini berisi artikel di mana teori kuantum baru superfluiditas dan superkonduktivitas disajikan dengan metode matriks kepadatan. Pada artikel pertama, teori superfluiditas dikembangkan, di ...

Pergerakan acak atom-atom konduktor mencegah lewatnya arus listrik. Hambatan konduktor berkurang dengan penurunan suhu. Dengan penurunan lebih lanjut pada suhu konduktor, penurunan resistansi total dan fenomena superkonduktivitas diamati.

Pada suhu tertentu (mendekati 0 oK), resistansi konduktor turun tajam menjadi nol. Fenomena ini disebut superkonduktivitas. Namun, fenomena lain juga diamati pada superkonduktor - efek Meissner. Konduktor dalam keadaan superkonduktor menunjukkan sifat yang tidak biasa. Medan magnet sepenuhnya dipindahkan dari sebagian besar superkonduktor.

Perpindahan medan magnet oleh superkonduktor.

Sebuah konduktor dalam keadaan superkonduktor, berbeda dengan konduktor ideal, berperilaku seperti diamagnet. Medan magnet eksternal dipindahkan dari sebagian besar superkonduktor. Kemudian jika Anda menempatkan magnet di atas superkonduktor, magnet itu menggantung di udara.

Terjadinya efek ini disebabkan oleh fakta bahwa ketika superkonduktor dimasukkan ke dalam medan magnet, arus induksi eddy muncul di dalamnya, medan magnet yang sepenuhnya mengkompensasi medan eksternal (seperti pada diamagnet apa pun). Namun medan magnet induksi itu sendiri juga menimbulkan arus eddy yang arahnya berlawanan dengan arus induksi yang arahnya sama dan besarnya sama. Akibatnya, baik medan magnet maupun arus tidak ada di sebagian besar superkonduktor. Volume superkonduktor dilindungi oleh lapisan tipis di dekat permukaan - lapisan kulit - yang melaluinya ketebalannya (berurutan 10-7-10-8 m) menembus medan magnet dan di mana kompensasinya terjadi.

sebuah- konduktor normal dengan resistansi bukan nol pada suhu berapa pun (1) dimasukkan ke dalam medan magnet. Sesuai dengan hukum induksi elektromagnetik, timbul arus yang menahan penetrasi medan magnet ke dalam logam (2). Namun, jika resistansinya berbeda dari nol, mereka dengan cepat meluruh. Medan magnet menembus sampel logam normal dan praktis seragam (3);

b- dari keadaan normal pada suhu di atas T c Ada dua cara: Pertama, ketika suhu diturunkan, sampel menjadi superkonduktor, maka medan magnet dapat diterapkan, yang didorong keluar dari sampel. Kedua: pertama-tama berikan medan magnet yang akan menembus sampel, lalu turunkan suhunya, lalu medan itu akan didorong keluar selama transisi. Mematikan medan magnet memberikan gambaran yang sama;

di- jika tidak ada efek Meissner, konduktor tanpa hambatan akan berperilaku berbeda. Setelah transisi ke keadaan tanpa hambatan dalam medan magnet, medan magnet akan tetap ada dan akan tetap ada bahkan ketika medan magnet luar dihilangkan. Magnet semacam itu dapat didemagnetisasi hanya dengan menaikkan suhu. Perilaku ini, bagaimanapun, tidak diamati secara eksperimental.