Эффект Мейснера

Схема Эффекта Мейснера. Показаны линии магнитного поля и их вытеснение из сверхпроводника, находящегося ниже своей критической температуры.

Эффект Мейснера (в некоторых источниках — эффект Мейсснера) — полное вытеснение магнитного поля из объёма проводника при переходе в сверхпроводящее состояние. Впервые явление наблюдалось в 1933 году немецкими физиками Мейснером и Оксенфельдом.

Физическое объяснение

При охлаждении сверхпроводника, находящегося во внешнем постоянном магнитном поле, в момент перехода в сверхпроводящее состояние магнитное поле полностью вытесняется из его объёма. Этим сверхпроводник отличается от идеального проводника, у которого при падении сопротивления до нуля индукция магнитного поля в объёме должна сохраняться без изменения.

Отсутствие магнитного поля в объёме проводника позволяет заключить из общих законов магнитного поля, что в нём существует только поверхностный ток. Он физически реален и поэтому занимает некоторый тонкий слой вблизи поверхности. Магнитное поле тока уничтожает внутри сверхпроводника внешнее магнитное поле. В этом отношении сверхпроводник ведёт себя формально как идеальный диамагнетик. Однако он не является диамагнетиком, так как внутри него намагниченность равна нулю.

Эффект Мейсснера не может быть объяснён только бесконечной проводимостью. Впервые его природу объяснили братья Фриц и Хайнц Лондон c помощью уравнения Лондонов. Они показали, что в сверхпроводник поле проникает на фиксированную глубину от поверхности — лондоновскую глубину проникновения магнитного поля $\lambda$. Для металлов $\lambda \sim 10^{-2} \,$ мкм.

Сверхпроводники I и II рода

Чистые вещества, у которых наблюдается явление сверхпроводимости, немногочисленны. Чаще сверхпроводимость бывает у сплавов. У чистых веществ имеет место полный эффект Мейснера, а у сплавов не происходит полного выталкивания магнитного поля из объёма (частичный эффект Мейснера). Вещества, проявляющие полный эффект Мейснера, называются сверхпроводниками первого рода, а частичный — сверхпроводниками второго рода.

У сверхпроводников второго рода в объёме имеются круговые токи, создающие магнитное поле, которое, однако, заполняет не весь объём, а распределено в нём в виде отдельных нитей. Что же касается сопротивления, оно равно нулю, как и в сверхпроводниках первого рода.

«Гроб Магомета»

«Гроб Магомета» — опыт, демонстрирующий этот эффект в сверхпроводниках^[1].

Происхождение названия

По преданию, гроб с телом пророка Магомета висел в пространстве без всякой поддержки, поэтому этот эксперимент называют «Гроб Магомета».

Магнит левитирует над охлаждённым жидким азотом сверхпроводником

Постановка опыта

Сверхпроводимость существует только при низких температурах (в ВТСП-керамиках — при температурах ниже 150 К), поэтому предварительно вещество охлаждают, например, при помощи жидкого азота. Далее магнит кладут на поверхность плоского сверхпроводника. Даже в полях 0,001 Тл заметно смещение магнита вверх на расстояние порядка сантиметра. При увеличении поля вплоть до критического магнит поднимается всё выше.

Объяснение

Одним из свойств сверхпроводников является выталкивание магнитного поля из области сверхпроводящей фазы. Отталкиваясь от неподвижного сверхпроводника, магнит «всплывает» сам и продолжает «парить» до тех пор, пока внешние условия не выведут сверхпроводник из сверхпроводящей фазы. В результате этого эффекта магнит, приближающийся к сверхпроводнику, «увидит» магнит одинаковой полярности и точно такого же размера, — что и вызовет левитацию.

Примечания

1. ↑ Ю. Мартыненко О проблемах левитации тел в силовых полях (1996). Архивировано из первоисточника 16 августа 2010. Проверено 9 апреля 2012.

Источники

• А. Н. Матвеев. Электричество и магнетизм. (Первое изд. М.: Высшая школа, 1983. 463с.)
• Де Жен П., Сверхпроводимость металлов и сплавов, пер. с англ., М., 1968. Н. Б. Копнин.

Ссылки

	Эффект Мейснера на Викискладе?

• Meissner Effect (Hyperphysics)
• Ю. Д. Третьяков, Е. А. Гудилин. Синтез «левитирующих» ВТСП-материалов: от фантастики к реальности
• Видео демонстрации эффекта Мейснера (YouTube)
• Еще одна видео-демонстрация эффекта (YouTube)
• И еще одна видео-демонстрация эффекта (YouTube)