Hiệu ứng Meissner: Đạo hàm, Lập kế hoạch thông lượng, Công thức và ứng dụng của nó

Năm 1933, các nhà vật lý người Đức Robert Ochsenfeld và Walther Meißner đã thực hiện một khám phá mang tính đột phá được gọi là Hiệu ứng Meissner. Nghiên cứu của họ liên quan đến việc đo sự phân bố từ trường xung quanh các mẫu thiếc và chì siêu dẫn. Khi làm lạnh các mẫu này xuống dưới nhiệt độ chuyển tiếp siêu dẫn và cho chúng vào từ trường, Ochsenfeld và Meißner đã quan sát thấy một hiện tượng đáng chú ý. Từ trường bên ngoài các mẫu tăng lên, cho thấy từ trường bên trong các mẫu bị đẩy ra ngoài. Hiện tượng này, trong đó chất siêu dẫn thể hiện rất ít hoặc không có từ trường bên trong nó, được gọi là trạng thái Meissner. Tuy nhiên, trạng thái này dễ bị phá vỡ dưới tác động của từ trường mạnh. Bài viết này cung cấp cái nhìn tổng quan về Hiệu ứng Meissner, cơ chế và ứng dụng thực tế của nó.

Hiệu ứng Meissner là gì?

Hiệu ứng Meissner là sự phóng từ trường ra khỏi một chất siêu dẫn trong quá trình chuyển sang trạng thái siêu dẫn bất cứ khi nào nó được làm lạnh dưới nhiệt độ tới hạn. Sự trục xuất từ ​​trường này sẽ chống lại một nam châm gần đó và trạng thái Meissner sẽ bị phá vỡ bất cứ khi nào từ trường tác dụng rất mạnh.

Chất siêu dẫn có hai loại dựa trên cách xảy ra sự cố như loại I và loại II. Loại I là chất siêu dẫn nguyên tố tinh khiết nhất ngoài ống nano carbon và niobi trong khi loại II gần như là chất siêu dẫn hợp chất và không tinh khiết.

Hiệu ứng Meissner trong chất siêu dẫn

Bất cứ khi nào Chất siêu dẫn được làm lạnh dưới nhiệt độ tới hạn thì chúng sẽ giải phóng từ trường và không cho từ trường đi vào bên trong chúng, vì vậy hiện tượng này trong chất siêu dẫn được gọi là hiệu ứng Meissner.

Bất cứ khi nào một vật liệu siêu dẫn được làm lạnh dưới nhiệt độ tới hạn thì nó sẽ chuyển sang trạng thái siêu dẫn, do đó các electron của vật liệu tạo thành cặp gọi là Cặp Cooper. Những cặp này di chuyển mà không có bất kỳ lực cản nào trong toàn bộ vật liệu. Đồng thời, vật liệu thể hiện tính nghịch từ lý tưởng để đẩy lùi từ trường.

Lực đẩy này có thể làm cho các đường sức từ uốn cong xung quanh chất siêu dẫn để tạo ra dòng điện bề mặt triệt tiêu chính xác từ trường bên ngoài trong vật liệu, do đó, từ trường được đẩy ra khỏi chất siêu dẫn một cách hiệu quả và hiệu ứng Meissner xảy ra.

Ví dụ về hiệu ứng Meissner được thể hiện trong hình dưới đây. Trạng thái Meissner này bị phá vỡ bất cứ khi nào từ trường tăng cường vượt quá giá trị cố định và mẫu hoạt động giống như một dây dẫn bình thường.

Vì vậy, giá trị từ trường nhất định này vượt quá giá trị mà chất siêu dẫn trở lại trạng thái bình thường được gọi là Từ trường tới hạn. Ở đây, giá trị từ trường tới hạn chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ dưới nhiệt độ tới hạn giảm thì giá trị từ trường tới hạn tăng lên. Dưới đây Đồ thị hiệu ứng Meissner cho thấy sự thay đổi trong từ trường tới hạn thông qua nhiệt độ.

Nguồn gốc

Hai thông tin thiết yếu được sử dụng để cung cấp một giải pháp toán học dẫn xuất của Hiệu ứng Meissner là; nguyên lý bảo toàn năng lượng và mối quan hệ chính giữa từ trường cũng như dòng điện. Lực điện động là điện áp được tạo ra bởi sự thay đổi từ thông trong toàn bộ mạch kín. EMF hoặc lực điện động dựa trên Định luật cảm ứng Faraday trong một mạch kín tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của từ trường trong toàn mạch. Như vậy,

ε = -dΦ/dt

Bằng cách sử dụng mối quan hệ trên, chúng ta có thể kết luận rằng bất cứ khi nào vật liệu chuyển từ trạng thái thông thường sang trạng thái siêu dẫn, thì bất kỳ từ thông nào cũng ' F'e tồn tại ban đầu trong vật liệu sẽ thay đổi. Vì vậy sự thay đổi này sẽ tạo ra suất điện động và tạo ra dòng điện sàng lọc trên bề mặt vật liệu. Lực cản đối với sự thay đổi này trong từ thông là nguyên nhân buộc Hiệu ứng Meissner đẩy ra từ trường bên ngoài.

Hiệu ứng ghim thông lượng và hiệu ứng Meissner

Hiểu được sự khác biệt chính giữa ghim thông lượng và hiệu ứng Meissner chắc chắn sẽ mở rộng hiểu biết về hiện tượng siêu dẫn và cho chúng ta biết rằng chất siêu dẫn là một lực tương tác phong phú và các điều kiện đặc biệt của vật chất. Sự khác biệt giữa Hiệu ứng Flux Pinning và Meissner được thảo luận dưới đây.

Hiệu ứng Meissner thuận từ trong chất siêu dẫn nhỏ

Hiệu ứng này là tính chất cơ bản nhất của chất siêu dẫn và ngụ ý điện trở suất bằng không. Hiện nay, một số thí nghiệm đã tiết lộ rằng một số mẫu siêu dẫn có thể thu hút một từ trường gọi là hiệu ứng Meissner thuận từ. Hiệu ứng này là một hàm dao động đối với từ trường, nó thay thế hiệu ứng Meissner điển hình ngay phía trên một trường nhất định bất cứ khi nào nhiều lượng tử từ thông bị đóng băng trong chất siêu dẫn.

Điều kiện thuận từ được cho là có thể di chuyển được và điều kiện Meissner được khôi phục với nhiễu bên ngoài. Vì vậy, hiệu ứng Meissner thuận từ có liên quan đến tính siêu dẫn bề mặt, do đó nó thể hiện một tính chất chung của chất siêu dẫn. Bằng cách giảm nhiệt độ, từ thông thu được tại trường tới hạn của bề mặt trong lớp phủ siêu dẫn sẽ giảm xuống một thể tích nhỏ hơn bằng cách cho phép từ thông bổ sung đi vào bề mặt.

Các ứng dụng

Các ứng dụng của hiệu ứng Meissner bao gồm những điều sau đây.

• Điều này được sử dụng trong Levitation lượng tử hoặc Bẫy lượng tử để phát triển các công nghệ vận tải sắp tới và hoạt động của SQUID để đo lường những thay đổi từ tính tinh tế.
• Hiệu ứng này được sử dụng trong quá trình bay lên từ trường, nghĩa là một vật thể có thể bị treo lơ lửng mà không cần sự hỗ trợ nào ngoài từ trường
• Các ứng dụng tiềm năng của Hiệu ứng này chủ yếu bao gồm; phương tiện vận chuyển được nâng lên bằng từ tính, giá đỡ có độ rung thấp, vòng bi không ma sát, v.v.
• Hiệu ứng này được sử dụng trong các chất siêu dẫn để tạo thành lá chắn từ tính bảo vệ các thiết bị nhạy cảm khỏi nhiễu từ.
• Hiệu ứng này cho phép tạo ra nam châm siêu dẫn mạnh cho các ứng dụng chụp ảnh cộng hưởng từ và máy gia tốc hạt.
• Điều này được sử dụng trong các lĩnh vực tác động như nghiên cứu khoa học, hình ảnh y tế, giao thông vận tải, v.v.

Ai đã phát hiện ra hiệu ứng Seebeck?

Hiệu ứng Seebeck được phát hiện bởi nhà vật lý người Đức tên là “Thomas Johann Seebeck” vào năm 1821.

Tại sao hiệu ứng Seebeck lại quan trọng?

Hiệu ứng Seebeck rất hữu ích trong việc đo nhiệt độ với độ nhạy và độ chính xác cao để tạo ra năng lượng điện cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Hiệu ứng Seebeck là gì và nó được khai thác như thế nào để đo nhiệt độ?

Hiệu ứng Seebeck là hiện tượng xảy ra khi có sự thay đổi nhiệt độ giữa hai dây dẫn điện khác nhau (hoặc) chất bán dẫn tạo ra sự chênh lệch điện áp giữa hai chất. Khi nhiệt được cung cấp cho một trong hai dây dẫn (hoặc) chất bán dẫn, sau đó các electron được làm nóng sẽ chuyển sang chất dẫn (hoặc) chất bán dẫn nguội hơn. Sự chênh lệch nhiệt độ tạo thành EMF gọi là hiệu ứng Seebeck.

Tại sao Seebeck tăng theo nhiệt độ?

Giá trị hệ số Seebeck dương trên phạm vi nhiệt độ đo được, cho thấy hiệu suất loại p và nó tăng lên khi nhiệt độ tăng. Độ dẫn điện tăng lên bất cứ khi nào nhiệt độ tăng lên, điều này cho thấy hiệu suất bán dẫn.

Hiệu ứng Meissner là gì và nó được sử dụng như thế nào trong bay lên từ trường?

Hiệu ứng này cho phép từ trường bay lên bằng cách làm cho các chất dẫn điện tốt tránh xa từ trường khi chúng chuyển sang trạng thái siêu dẫn. Khi dây dẫn được làm mát dưới nhiệt độ tới hạn, từ trường sẽ bị đẩy ra ngoài để tạo ra hiệu ứng bay lên.

Hiệu ứng Meissner cho thấy chất siêu dẫn là vật liệu nghịch từ hoàn hảo là gì?

Các chất siêu dẫn ở trạng thái Meissner thể hiện tính nghịch từ (hoặc) siêu nghịch từ lý tưởng, nghĩa là chất siêu dẫn có độ nhạy từ -1.

Như vậy, đây là tổng quan về hiệu ứng Meissner , đạo hàm, sự khác biệt và ứng dụng của nó. Đây là sự trục xuất của từ trường khỏi quá trình chuyển đổi chất siêu dẫn sang trạng thái siêu dẫn dưới nhiệt độ tới hạn. Hiệu ứng này trong tính siêu dẫn liên quan đến việc tạo ra dòng điện bề mặt tạo ra một trường phản từ để triệt tiêu từ trường bên ngoài. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, chất siêu dẫn là gì?