Сверхпроводники 1-го и 2-го рода.

По своему поведению в магнитных полях сверхпроводники разделяются на сверхпроводники 1-го и 2-го рода. Сверхпроводники 1-го рода обнаруживают те идеальные свойства, о которых уже говорилось. В присутствии магнитного поля в поверхностном слое сверхпроводника возникают токи, которые полностью компенсируют внешнее поле внутри образца. Если сверхпроводник имеет форму длинного цилиндра и находится в поле, параллельном его оси, то глубина проникновения может быть порядка 3*10^–6 см. При достижении критического поля сверхпроводимость исчезает, и поле полностью проникает внутрь материала. Критические поля для сверхпроводников 1-го рода лежат обычно в пределах от 100 до 800 Тл. Хотя у сверхпроводников 1-го рода малая глубина проникновения, они имеют большую длину когерентности – порядка 10^–4 см.

Сверхпроводники 2-го рода характеризуются большой глубиной проникновения (около 2*10^–5 см) и малой длиной когерентности (5*10^–7 см). В присутствии слабого магнитного поля (меньше 500 Тл) весь магнитный поток выталкивается из сверхпроводника 2-го рода. Но выше первого критического поля магнитный поток проникает в образец, хотя и в меньшей степени, чем в нормальном состоянии. Это частичное проникновение сохраняется до второго критического поля, которое может превышать 100 кТл. При полях, больших второго критического поля, поток проникает полностью, и вещество становится нормальным.

Эффект Мейснера.

Впервые явление полного вытеснения магнитного поля из материала при переходе в сверхпроводящее состояние наблюдалось в 1933 году немецкими физиками Мейснером и Оксенфельдом.

Объяснение эффекта связано со строго нулевым значением электрического сопротивления сверхпроводников. Действительно, проникновение магнитного поля в обычный проводник связано с изменением магнитного потока, которое, в свою очередь создаёт ЭДС индукции и наведённые токи, препятствующие изменению магнитного потока. Если же сопротивление строго нулевое, наведённые на поверхности сверхпроводника токи будут полностью компенсировать всякое изменение потока, препятствуя проникновению магнитного поля (Рис. 57).

Опыт 6.4. Эффект Мейснера

Оборудование:

1. Пенопластовая коробка

2. Поролон

3. 2 цилиндра из сверхпроводящей керамики

4. Магнит

Ход работы:

В пенопластовую коробку вложен поролон и в поролон вложены 2 цилиндра из керамики, которая при охлаждении ниже 93 К становится сверхпроводящей. В ложбинку между двумя цилиндрами уложим магнит. Сейчас он покоится при комнатной температуре. Уберем магнит и охладим цилиндры ниже критической температуры. Теперь попробуем положит магнит между цилиндрами. Мы видим, что магнит висит над цилиндрами. Когда мы подносим магнит в цилиндрах возникают индукционные токи и поскольку в сверхпроводящем состоянии вещество является идеальным диамагнетиком, подобное поле токов текущих по цилиндрической керамике вытолкнуло магнит из магнитного поля. Сила отталкивания магнита от цилиндров равна весу магнита

Гроб Мухаммеда.

Гроб Мухаммеда — опыт, демонстрирующий этот эффект в сверхпроводниках.

Происхождение названия. По преданию, гроб с телом пророка Магомета висел в пространстве без всякой поддержки (сами мусульмане этот факт опровергают), поэтому этот опыт называют экспериментом с «магометовым гробом».

Рис. 58

Опыт 6.5. Гроб Мухаммеда

Оборудование:

1. Алюминиевая пластина

2. Катушка

Ход работы:

Индукционные токи, возникающие в массивных протяженных проводниках (алюминиевая пластина) обычно называют токами Фуко. Источником переменного магнитного поля будет катушка с большим количеством медного провода, ее вес как минимум 2 кг. Выемка в пластине сделана для придания определенной конфигурации магнитному полю токов Фуко, обеспечивающей устойчивость этой катушки.

Токи Фуко обычно и греют обмотки трансформаторов, якоря, стартеры, электродвигатели. В этом смысле они вредны и борьба с ними такая - и трансформаторы, и якоря, и стартеры, и электродвигатели набирают из множества многих пластин трансформаторной стали, обладающей специальными свойствами.

Включаем автотрансформатор и увеличиваем напряжение, поданное на катушку. Катушка всплывает, это объясняется тем, что одним из свойств сверхпроводников второго рода 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 обратной полярности точно такого же размера, что и вызывает левитацию.