마이스너 효과 : 파생, 플럭스 계획, 공식 및 응용

1933년 독일의 물리학자 Robert Ochsenfeld와 Walther Meißner는 마이스너 효과(Meissner Effect)라는 획기적인 발견을 했습니다. 그들의 조사에는 주석과 납의 초전도 샘플 주변의 자기장 분포를 측정하는 것이 포함되었습니다. Ochsenfeld와 Meißner는 이러한 샘플을 초전도 전이 온도 이하로 냉각시키고 자기장에 노출시키면서 놀라운 현상을 관찰했습니다. 샘플 외부의 자기장이 증가하여 샘플 내부에서 자기장이 방출되었음을 나타냅니다. 초전도체가 내부에 자기장을 거의 또는 전혀 나타내지 않는 이러한 현상을 마이스너 상태라고 합니다. 그러나 이 상태는 강한 자기장의 영향으로 파손되기 쉽습니다. 이 기사에서는 마이스너 효과(Meissner Effect), 그 메커니즘 및 실제 적용에 대한 개요를 제공합니다.

마이스너 효과란 무엇입니까?

마이스너 효과는 자기장이 방출되는 현상입니다. 초전도체 임계 온도 이하로 냉각될 때마다 초전도 상태로 변하는 동안. 이 자기장 방출은 인근 자석에 저항하며 마이스너 상태는 적용된 자기장이 매우 강할 때마다 파괴됩니다.

초전도체는 고장이 발생하는 방식에 따라 유형 I과 유형 II와 같이 두 가지 클래스로 제공됩니다. 유형 I은 탄소 나노튜브와 니오븀을 제외하고 가장 순수한 원소 초전도체인 반면 유형 II는 거의 모든 화합물 및 불순 초전도체입니다.

초전도체의 마이스너 효과

초전도체는 임계 온도 이하로 냉각될 때마다 자기장이 방출되고 자기장이 내부로 유입되지 않으므로 초전도체 내에서 이러한 현상을 마이스너 효과라고 합니다.

초전도 물질이 임계 온도 이하로 냉각될 때마다 초전도 상태로 바뀌므로 물질의 전자는 쌍을 형성합니다. 쿠퍼 쌍. 이 쌍은 재료 전체에서 아무런 저항 없이 움직입니다. 동시에, 이 소재는 이상적인 반자성을 나타내어 자기장을 밀어냅니다.

이러한 반발력으로 인해 자기장 선이 초전도체 주위로 구부러져 물질의 외부 자기장을 정확하게 상쇄하는 표면 전류가 생성됩니다. 따라서 자기장은 초전도체에서 효율적으로 방출되고 마이스너 효과가 발생합니다.

마이스너 효과의 예는 다음 그림에 나와 있습니다. 이 마이스너 상태는 자기장이 고정된 값 이상으로 강화되고 샘플이 일반 도체처럼 동작할 때마다 깨집니다.

따라서 초전도체가 정상 상태로 되돌아오는 특정 자기장 값을 임계 자기장이라고 합니다. 여기서 임계 자기장 값은 주로 온도에 따라 달라집니다. 임계온도 이하의 온도가 낮아지면 임계자기장 값은 증가한다. 아래 마이스너 효과 그래프 온도에 따른 임계자기장의 변화를 보여줍니다.

유도

수학적 계산을 제공하는 데 사용되는 두 가지 필수 정보 마이스너 효과의 유도 이다; 에너지 보존 원리와 자기장과 전류 사이의 주요 관계. 기전력은 폐회로 전반에 걸쳐 자속의 변화에 ​​의해 생성되는 전압입니다. 폐회로 내에서 패러데이의 유도 법칙에 기초한 EMF 또는 기전력은 회로 전체의 자기장의 변화율에 정비례합니다. 따라서,

ε = -dΦ/dt

위의 관계를 사용하여 물질이 일반 상태에서 초전도 상태로 전이할 때마다 모든 자속은 ' F'e 원래 자료에 존재하는 내용이 변경되어야 합니다. 따라서 이러한 변화는 기전력을 생성하고 재료 표면에 스크리닝 전류를 생성합니다. 자속 내의 이러한 변화에 대한 저항은 마이스너 효과가 외부 자기장을 방출하도록 강제하는 것입니다.

플럭스 피닝과 마이스너 효과

자속 고정과 마이스너 효과의 주요 차이점을 이해하면 초전도 현상에 대한 이해가 확실히 확장되고 초전도성은 풍부한 상호 작용력이자 물질의 예외적인 조건임을 알 수 있습니다. Flux Pinning과 Meissner Effect의 차이점은 아래에 설명되어 있습니다.

소형 초전도체의 상자성 마이스너 효과

이 효과는 초전도체의 가장 기본적인 특성이며 저항률이 0임을 의미합니다. 현재 여러 실험을 통해 일부 초전도 샘플이 상자성 마이스너 효과라고 불리는 자기장을 끌어당길 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 효과는 초전도체에서 수많은 자속 양자가 동결될 때마다 특정 자기장 바로 위에서 전형적인 마이스너 효과를 대체하는 자기장의 진동 함수입니다.

상자성 조건은 준안정적인 것으로 밝혀졌으며 마이스너 조건은 외부 소음으로 복원됩니다. 따라서 상자성 마이스너 효과는 표면 초전도성과 연관되어 있어 일반적인 초전도체 특성을 나타냅니다. 온도를 낮춤으로써 초전도 덮개 표면의 임계장에서 포획된 플럭스는 추가 플럭스가 표면에 들어갈 수 있도록 함으로써 더 작은 부피로 감소합니다.

응용

그만큼 마이스너 효과의 응용 다음을 포함합니다.

• 이는 양자 공중 부양 또는 양자 트래핑에 사용되어 다가오는 운송 기술 및 미묘한 자기 변화를 측정하는 SQUID 작동을 개발합니다.
• 이 효과는 자기장 없이도 신체가 매달릴 수 있음을 의미하는 자기 부상에 사용됩니다.
• 이 효과의 잠재적인 응용 분야는 주로 다음과 같습니다. 자기 부상 운송 차량, 저진동 마운트, 무마찰 베어링 등
• 이 효과는 초전도체에서 민감한 장치를 자기 간섭으로부터 보호하는 자기 차폐를 형성하는 데 사용됩니다.
• 이 효과를 통해 자기공명영상 및 입자 가속기 응용 분야를 위한 강력한 초전도 자석을 만들 수 있습니다.
• 이는 과학 연구, 의료 영상, 운송 등과 같은 영향을 미치는 분야에 사용됩니다.

Seebeck 효과를 발견한 사람은 누구입니까?

제베크 효과는 1821년 독일의 물리학자 토마스 요한 제베크(Thomas Johann Seebeck)에 의해 발견되었습니다.

Seebeck 효과가 중요한 이유는 무엇입니까?

Seebeck 효과는 다양한 응용 분야에 전력을 생산하기 위해 높은 감도와 정밀도로 온도를 측정하는 데 유용합니다.

Seebeck 효과란 무엇이며 이를 온도 측정에 어떻게 활용합니까?

Seebeck 효과는 서로 다른 두 전기 도체 사이의 온도 변화가 발생하는 현상입니다. 반도체 두 물질 사이에 전압 불균형이 발생합니다. 둘 중 하나에 열이 공급되면 지휘자 (또는) 반도체, 그리고 가열된 전자는 더 차가운 도체(또는) 반도체로 흐릅니다. 온도의 차이는 Seebeck 효과라고 불리는 EMF를 형성합니다.

Seebeck이 온도에 따라 증가하는 이유는 무엇입니까?

Seebeck 계수 값은 측정된 온도 범위 이상에서 양의 값을 가지며, 이는 p형 성능을 나타내며 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 온도가 높아질 때마다 전기 전도성이 향상되어 반도체 성능을 나타냅니다.

마이스너 효과란 무엇이며 자기 부상에 어떻게 사용됩니까?

이 효과는 좋은 도체가 초전도로 변할 때마다 자기장을 멀리하게 함으로써 자기 부상을 허용합니다. 도체가 임계 온도 이하로 냉각되면 자기장이 방출되어 공중 부양 효과가 생성됩니다.

초전도체가 완전 반자성 물질임을 보여주는 마이스너 효과는 무엇입니까?

마이스너 상태의 초전도체는 이상적인 반자성(또는) 초반자성을 나타내며, 이는 초전도체가 -1의 자기 민감도를 갖는다는 것을 의미합니다.

따라서 이는 마이스너 효과 개요 , 파생, 차이점 및 적용. 이는 초전도체가 임계 온도 이하의 초전도 상태로 전환되는 과정에서 자기장이 방출되는 현상입니다. 초전도체 내의 이러한 효과는 외부 자기장을 무효화하기 위해 반자기장을 생성하는 표면 전류 생성과 관련됩니다. 여기 질문이 있습니다. 초전도체가 무엇인가요?