1933 年、ドイツの物理学者ロバート オクセンフェルトとヴァルター マイスナーはマイスナー効果として知られる画期的な発見をしました。彼らの研究には、スズと鉛の超電導サンプルの周囲の磁場分布を測定することが含まれていました。これらのサンプルを超伝導転移温度以下に冷却し、磁場にさらしたところ、オクセンフェルトとマイスナーは注目すべき現象を観察しました。サンプルの外側の磁場が増加し、サンプル内から磁場が排除されたことを示しています。超伝導体が内部に磁場をほとんどまたはまったく示さないこの現象は、マイスナー状態と呼ばれます。しかし、この状態は強い磁場の影響により破壊されやすくなります。この記事では、マイスナー効果の概要、そのメカニズム、および実際の応用について説明します。
マイスナー効果とは何ですか?
マイスナー効果とは、物体からの磁場の排除です。 超電導体 臨界温度以下に冷却されると超電導状態に変化します。この磁場の排除は近くの磁石に抵抗し、印加される磁場が非常に強い場合には常にマイスナー状態が崩れます。
超電導体は、タイプ I とタイプ II のように、破壊の発生方法に基づいて 2 つのクラスに分けられます。タイプ I はカーボン ナノチューブとニオブを除いて最も純粋な元素超伝導体ですが、タイプ II はほぼすべての化合物および不純な超伝導体です。
超伝導体のマイスナー効果
超電導体が臨界温度以下に冷却されると常に磁場が放出され、磁場が内部に入らないため、超電導体内のこの現象はマイスナー効果として知られています。
超伝導物質が臨界温度以下に冷却されると、超伝導状態に変化します。そのため、物質の電子は、と呼ばれるペアを形成します。 クーパーペア。 これらのペアは、材料全体にわたって抵抗なく動きます。同時に、この材料は磁場を反発する理想的な反磁性を示します。
この反発により磁力線が超電導体の周囲で曲がり、材料内の外部磁場を正確に打ち消す表面電流が生成され、磁場が超電導体から効率的に放出され、マイスナー効果が発生します。
マイスナー効果の例を次の図に示します。このマイスナー状態は、磁場が一定の値を超えて増大すると破壊され、サンプルは常電導体のように動作します。
したがって、超伝導体が通常の状態に戻るこの特定の磁場の値は、臨界磁場として知られています。ここで、臨界磁場値は主に温度に依存します。臨界温度以下の温度が低下すると、臨界磁場値は増加します。以下 マイスナー効果グラフ は、温度による臨界磁場の変化を示しています。
導出
数学的計算を行うために使用される 2 つの重要な情報 マイスナー効果の導出 は;エネルギー保存の原理、磁場と電流の間の主な関係。起電力は、閉回路全体の磁束内の変化によって生成される電圧です。閉回路内のファラデーの誘導則に基づく EMF または起電力は、回路全体の磁場の変化率に直接比例します。したがって、
ε = -dΦ/dt
上記の関係を使用すると、材料が通常の状態から超伝導状態に移行するときは常に、磁束が発生すると結論付けることができます。 ふぇ 素材の中に元々存在していたものは変化するはずです。したがって、この変化により起電力が発生し、材料表面に遮蔽電流が発生します。磁束内のこの変化に対する抵抗が、マイスナー効果によって外部磁場を排除する原因となります。
磁束ピン止めとマイスナー効果
磁束ピンニングとマイスナー効果の主な違いを理解することは、超電導現象の理解を確実に広げ、超電導が豊かな相互作用力であり、物質の例外的な状態であることを教えてくれます。磁束ピン止めとマイスナー効果の違いについては以下で説明します。
フラックスピンニング |
マイスナー効果 |
磁束ピンニングは、磁場と高温超伝導体の関係を説明する現象の一種です。 | マイスナー効果は、材料が磁場内で超電導になるたびに発生する磁束の排出です。 |
磁束ピンニングは量子ロッキングとも呼ばれます。 | マイスナー効果は、バーディーン・クーパー・シュリーファー理論としても知られています。 |
磁束ピンニングでは磁場の保持が制限されます。
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これは、超伝導体から磁場が完全に排除されることを説明します。 |
磁束ピンニングはすべての超電導体に適用されます。
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マイスナー効果は、II 型超伝導体にのみ適用されます。 |
磁束ピンニングは、磁束線の動きにより磁気ヒステリシス性能を引き起こす可能性があります。 | この効果は臨界温度において理想的な反磁性を示します。 |
小型超伝導体における常磁性マイスナー効果
この効果は超伝導体の最も基本的な特性であり、抵抗率がゼロであることを意味します。現在、いくつかの実験により、一部の超伝導サンプルは常磁性マイスナー効果と呼ばれる磁場を引き付ける可能性があることが明らかになりました。この効果は磁場の振動関数であり、多数の磁束量子が超伝導体内で凍結されるたびに、特定の磁場を超えると典型的なマイスナー効果に置き換わります。
常磁性状態は準安定であることがわかり、外部ノイズによりマイスナー状態が回復します。したがって、常磁性マイスナー効果は表面超伝導と関連しており、一般的な超伝導特性を表します。温度を下げることにより、超電導カバー内の表面の臨界領域で捕捉された磁束は、追加の磁束が表面に流入できるようになり、より小さな体積に減少します。
アプリケーション
の マイスナー効果の応用 以下のものが含まれます。
- これは、今後の輸送技術や微妙な磁気変化を測定するための SQUID 操作を開発するために、量子浮遊または量子トラップで使用されます。
- この効果は磁気浮上内で使用されます。つまり、磁場から離れたサポートなしで物体を浮遊させることができます。
- この効果の潜在的な用途には主に次のようなものがあります。磁気浮上輸送車両、低振動マウント、無摩擦ベアリングなど
- この効果は超伝導体で使用され、敏感なデバイスを磁気干渉から守る磁気シールドを形成します。
- この効果により、磁気共鳴イメージングや粒子加速器用途向けの強力な超電導磁石の作成が可能になります。
- これは、科学研究、医療画像、輸送などの影響力のある分野で使用されます。
ゼーベック効果を発見したのは誰ですか?
ゼーベック効果は、1821年にドイツの物理学者「トーマス・ヨハン・ゼーベック」によって発見されました。
ゼーベック効果が重要なのはなぜですか?
ゼーベック効果は、さまざまな用途に使用する電力を生成するために、非常に高い感度と精度で温度を測定するのに役立ちます。
ゼーベック効果とは何ですか?また、ゼーベック効果を温度測定にどのように利用するのでしょうか?
ゼーベック効果は、2 つの異なる導電体 (または) 間の温度変化が起こる現象です。 半導体 2 つの物質間に電圧差が生じます。 2 つのうちの一方に熱が供給されると、 導体 (または) 半導体、そして加熱された電子がより冷たい導体 (または) 半導体に流れます。温度の差により、ゼーベック効果と呼ばれる EMF が形成されます。
なぜゼーベックは温度とともに増加するのでしょうか?
ゼーベック係数の値は、測定温度範囲を超えると正となり、p 型の性能を示し、温度の上昇とともに増加します。温度が上昇すると導電性が向上し、これは半導体の性能を示します。
マイスナー効果とは何ですか?またそれが磁気浮上でどのように利用されますか?
この効果は、良導体が超電導になるたびに磁場を遠ざけることで磁気浮上を可能にします。導体が臨界温度以下に冷却されると、磁場が放出されて浮上効果が生じます。
超伝導体が完全な反磁性体であることを示すマイスナー効果とは何ですか?
マイスナー状態の超伝導体は理想的な反磁性 (または) 超反磁性を示します。これは、超伝導体の磁化率が -1 であることを意味します。
“単相から三相 ”
したがって、これは マイスナー効果の概要 、派生、違い、およびその応用。これは、臨界温度以下で超電導体が超電導状態に移行する際に磁場が排除される現象です。超伝導におけるこの効果には、外部の磁場を打ち消す反磁場を作り出す表面電流の生成が含まれます。ここで質問なのですが、超伝導体とは何ですか?