Effet Meissner : Dérivation, Vs Planification de Flux, Formule et Ses Applications

En 1933, les physiciens allemands Robert Ochsenfeld et Walther Meißner firent une découverte révolutionnaire connue sous le nom d’effet Meissner. Leur enquête consistait à mesurer la distribution du champ magnétique entourant des échantillons supraconducteurs d’étain et de plomb. En refroidissant ces échantillons en dessous de leur température de transition supraconductrice et en les soumettant à un champ magnétique, Ochsenfeld et Meißner ont observé un phénomène remarquable. Le champ magnétique à l’extérieur des échantillons a augmenté, indiquant l’expulsion du champ magnétique de l’intérieur des échantillons. Ce phénomène, dans lequel un supraconducteur ne présente que peu ou pas de champ magnétique, est appelé état de Meissner. Cependant, cet état est susceptible de se rompre sous l’influence de champs magnétiques puissants. Cet article donne un aperçu de l'effet Meissner, de ses mécanismes et de ses applications pratiques.

Qu'est-ce que l'effet Meissner ?

L'effet Meissner est l'expulsion du champ magnétique d'un supraconducteur lors de son passage à l'état supraconducteur lorsqu'il est refroidi sous une température critique. Cette expulsion de champ magnétique résistera à un aimant proche et l’état de Meissner se brisera chaque fois que le champ magnétique appliqué sera très fort.

Les supraconducteurs sont disponibles en deux classes en fonction de la manière dont la panne se produit, comme le type I et le type II. Les types I sont les supraconducteurs élémentaires les plus purs, à l'exception des nanotubes de carbone et du niobium, tandis que les types II sont presque tous des supraconducteurs composés et impurs.

Effet Meissner dans les supraconducteurs

Chaque fois que les supraconducteurs sont refroidis à une température critique, ils expulsent le champ magnétique et ne le laissent pas pénétrer à l'intérieur. Ce phénomène au sein des supraconducteurs est donc connu sous le nom d'effet Meissner.

Chaque fois qu'un matériau supraconducteur est refroidi en dessous de sa température critique, il passe alors à un état supraconducteur, de sorte que les électrons du matériau forment des paires appelées Paires de Cooper. Ces paires se déplacent sans aucune résistance dans tout le matériau. Dans le même temps, le matériau présente un diamagnétisme idéal pour repousser les champs magnétiques.

Cette répulsion peut provoquer la courbure des lignes de champ magnétique autour du supraconducteur pour créer un courant de surface qui annule précisément le champ magnétique extérieur dans le matériau. Ainsi, le champ magnétique est efficacement éjecté du supraconducteur et l'effet Meissner se produit.

L'exemple de l'effet Meissner est illustré dans la figure suivante. Cet état de Meissner se brise chaque fois que le champ magnétique augmente au-delà d'une valeur fixe et que l'échantillon se comporte comme un conducteur normal.

Ainsi, cette certaine valeur de champ magnétique au-delà de laquelle le supraconducteur revient à son état normal est connue sous le nom de champ magnétique critique. Ici, la valeur critique du champ magnétique dépend principalement de la température. Lorsque la température inférieure à la température critique diminue, la valeur critique du champ magnétique augmente. Le dessous Graphique de l'effet Meissner montre le changement dans le champ magnétique critique en fonction de la température.

Dérivation

Les deux informations essentielles utilisées pour fournir une dérivation de l'effet Meissner sont; le principe de conservation de l'énergie et la relation principale entre les champs magnétiques et les courants électriques. La force électromotrice est la tension générée par un changement dans le flux magnétique dans un circuit fermé. La FEM ou force électromotrice basée sur la loi d’induction de Faraday dans un circuit fermé est directement proportionnelle au taux de changement du champ magnétique dans tout le circuit. Ainsi,

ε = -dΦ/dt

En utilisant la relation ci-dessus, nous pouvons conclure que chaque fois qu'un matériau passe d'un état ordinaire à un état supraconducteur, tout flux magnétique ' F'e existant à l'origine dans le matériau devrait changer. Ce changement va donc créer une force électromotrice et créer des courants de blindage à la surface du matériau. La résistance à ce changement au sein du flux est ce qui force l’effet Meissner à éjecter le champ magnétique extérieur.

Épinglage de flux vs effet Meissner

Comprendre les principales différences entre le blocage du flux et l'effet Meissner élargit certainement la compréhension des phénomènes supraconducteurs et nous apprend que la supraconductivité est une force d'interaction riche et des conditions exceptionnelles de la matière. La différence entre Flux Pinning et Meissner Effect est discutée ci-dessous.

Effet Meissner paramagnétique dans les petits supraconducteurs

Cet effet est la propriété la plus fondamentale des supraconducteurs et implique une résistivité nulle. À l'heure actuelle, plusieurs expériences ont révélé que certains échantillons supraconducteurs peuvent attirer un champ magnétique appelé effet Meissner paramagnétique. Cet effet est une fonction oscillante du champ magnétique qui remplace l'effet Meissner typique juste au-dessus d'un certain champ lorsque de nombreux quanta de flux sont gelés dans un supraconducteur.

La condition paramagnétique s'avère métastable et la condition de Meissner est restaurée avec du bruit externe. Ainsi, l’effet paramagnétique Meissner est associé à la supraconductivité de la surface et représente donc une propriété supraconductrice commune. En réduisant la température, le flux capturé au niveau du champ critique de la surface dans le revêtement supraconducteur se réduit à un volume plus petit en permettant au flux supplémentaire de pénétrer dans la surface.

Applications

Le applications de l'effet Meissner inclure les éléments suivants.

• Ceci est utilisé dans la lévitation quantique ou le piégeage quantique pour développer les technologies de transport à venir et le fonctionnement des SQUID pour mesurer les changements magnétiques subtils.
• Cet effet est utilisé dans le cadre de la lévitation magnétique, ce qui signifie qu'un corps peut être suspendu sans support en dehors d'un champ magnétique.
• Les applications potentielles de cet effet comprennent principalement : véhicules de transport à lévitation magnétique, supports à faibles vibrations, roulements sans friction, etc.
• Cet effet est utilisé dans les supraconducteurs pour former des boucliers magnétiques qui défendent les appareils sensibles contre les interférences magnétiques.
• Cet effet permet de fabriquer de puissants aimants supraconducteurs pour les applications d’imagerie par résonance magnétique et d’accélérateurs de particules.
• Ceci est utilisé dans des domaines d’impact tels que la recherche scientifique, l’imagerie médicale, les transports, etc.

Qui a découvert l’effet Seebeck ?

L'effet Seebeck a été découvert par le physicien allemand « Thomas Johann Seebeck » en 1821.

Pourquoi l’effet Seebeck est-il important ?

L'effet Seebeck est utile pour mesurer la température avec une sensibilité et une précision énormes afin de produire de l'énergie électrique pour diverses applications.

Qu'est-ce que l'effet Seebeck et comment est-il exploité pour mesurer la température ?

L'effet Seebeck est un phénomène où une variation de température entre deux conducteurs électriques différents (ou) semi-conducteurs génère une disparité de tension entre les deux substances. Une fois que la chaleur est fournie à l'un des deux conducteurs (ou) semi-conducteurs, puis les électrons chauffés circulent vers le conducteur (ou) semi-conducteur plus froid. La différence de température forme une CEM appelée effet Seebeck.

Pourquoi Seebeck augmente-t-il avec la température ?

La valeur du coefficient Seebeck est positive au-dessus de la plage de température mesurée, ce qui indique une performance de type P et augmente avec l'augmentation de la température. La conductivité électrique augmente chaque fois que la température augmente, ce qui indique les performances du semi-conducteur.

Qu'est-ce que l'effet Meissner et comment est-il utilisé en lévitation magnétique ?

Cet effet permet la lévitation magnétique en obligeant les bons conducteurs à éloigner un champ magnétique lorsqu'ils se transforment en supraconducteurs. Une fois le conducteur refroidi en dessous de sa température critique, les champs magnétiques sont expulsés pour créer l’effet de lévitation.

Quel est l'effet Meissner qui montre que les supraconducteurs sont des matériaux diamagnétiques parfaits ?

Les supraconducteurs dans l'état de Meissner présentent un diamagnétisme idéal (ou) un superdiamagnétisme, ce qui signifie que le supraconducteur a une susceptibilité magnétique de -1.

Ainsi, c'est un aperçu de l'effet Meissner , dérivation, différences et ses applications. Il s’agit de l’expulsion du champ magnétique de la transition des supraconducteurs vers un état supraconducteur en dessous d’une température critique. Cet effet au sein de la supraconductivité implique la génération d’un courant électrique de surface qui crée un champ contre-magnétique pour annuler les champs magnétiques extérieurs. Voici une question pour vous, qu'est-ce qu'un supraconducteur ?