En 1933, los físicos alemanes Robert Ochsenfeld y Walther Meißner hicieron un descubrimiento innovador conocido como efecto Meissner. Su investigación implicó medir la distribución del campo magnético que rodea muestras superconductoras de estaño y plomo. Al enfriar estas muestras por debajo de su temperatura de transición superconductora y someterlas a un campo magnético, Ochsenfeld y Meißner observaron un fenómeno notable. El campo magnético fuera de las muestras aumentó, lo que indica la expulsión del campo magnético del interior de las muestras. Este fenómeno, en el que un superconductor muestra poco o ningún campo magnético en su interior, se denomina estado de Meissner. Sin embargo, este estado es susceptible de deteriorarse bajo la influencia de fuertes campos magnéticos. Este artículo proporciona una descripción general del efecto Meissner, sus mecanismos y sus aplicaciones prácticas.
¿Qué es el efecto Meissner?
El efecto Meissner es la expulsión del campo magnético de un superconductor durante su cambio al estado superconductor siempre que se enfríe a una temperatura crítica. Esta expulsión del campo magnético resistirá un imán cercano y el estado de Meissner se romperá siempre que el campo magnético aplicado sea muy fuerte.
Los superconductores están disponibles en dos clases según cómo se produce la descomposición, como el tipo I y el tipo II. El tipo I son los superconductores elementales más puros, aparte de los nanotubos de carbono y el niobio, mientras que el tipo II son casi todos superconductores compuestos e impuros.
Efecto Meissner en superconductor
Siempre que los superconductores se enfrían a una temperatura crítica, expulsan el campo magnético y no dejan que el campo magnético entre en su interior, por lo que este fenómeno dentro de los superconductores se conoce como efecto Meissner.
Cada vez que un material superconductor se enfría por debajo de su temperatura crítica, cambia a una condición superconductora, por lo que los electrones del material forman pares llamados Parejas de Cooper. Estos pares se mueven sin resistencia alguna por todo el material. Al mismo tiempo, el material presenta un diamagnetismo ideal para repeler los campos magnéticos.
Esta repulsión puede hacer que las líneas del campo magnético se doblen alrededor del superconductor para crear una corriente superficial que cancela con precisión el campo magnético exterior en el material, por lo que el campo magnético se expulsa eficientemente del superconductor y se produce el efecto Meissner.
El ejemplo del efecto Meissner se muestra en la siguiente figura. Este estado de Meissner se rompe cada vez que el campo magnético aumenta más allá de un valor fijo y la muestra se comporta como un conductor normal.
Entonces, este cierto valor del campo magnético más allá del cual el superconductor vuelve a su estado normal se conoce como Campo Magnético Crítico. En este caso, el valor crítico del campo magnético depende principalmente de la temperatura. Cuando la temperatura por debajo de la temperatura crítica disminuye, el valor del campo magnético crítico aumenta. El siguiente Gráfico del efecto Meissner Muestra el cambio dentro del campo magnético crítico a través de la temperatura.
Derivación
Las dos piezas de información esenciales utilizadas para proporcionar una solución matemática. derivación del efecto Meissner son; El principio de conservación de energía y la relación principal entre los campos magnéticos y las corrientes eléctricas. La fuerza electromotriz es el voltaje generado por un cambio dentro del flujo magnético a lo largo de un circuito cerrado. La FEM o fuerza electromotriz basada en la Ley de Inducción de Faraday dentro de un circuito cerrado es directamente proporcional a la tasa de cambio del campo magnético en todo el circuito. De este modo,
ε = -dΦ/dt
Al utilizar la relación anterior, podemos concluir que siempre que un material pasa de una condición ordinaria a una condición superconductora, cualquier flujo magnético ' F'e existente originalmente en el material debería cambiar. Entonces, este cambio creará una fuerza electromotriz y creará corrientes de protección en la superficie del material. La resistencia a este cambio dentro del flujo es lo que obliga al efecto Meissner a expulsar el campo magnético exterior.
Fijación de flujo frente al efecto Meissner
Comprender las principales diferencias entre la fijación de flujo y el efecto Meissner ciertamente amplía la comprensión de los fenómenos superconductores y nos dice que la superconductividad es una rica fuerza de interacción y condiciones excepcionales de la materia. La diferencia entre Flux Pinning y el efecto Meissner se analiza a continuación.
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Fijación de flujo |
Efecto Meissner |
| La fijación de flujo es un tipo de fenómeno que describe las relaciones entre un campo magnético y un superconductor de alta temperatura. | El efecto Meissner es la expulsión del flujo magnético cada vez que un material se vuelve superconductor dentro de un campo magnético. |
| La fijación de flujo también se conoce como bloqueo cuántico. | El efecto Meissner también se conoce como teoría de Bardeen-Cooper-Schrieffer. |
| Flux Pinning tiene una retención limitada del campo magnético.
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Esto explica la expulsión completa del campo magnético de un superconductor. |
| Flux Pinning se aplica a todos los superconductores.
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El efecto Meissner se aplica únicamente a los superconductores de tipo II. |
| La fijación de flujo puede provocar un rendimiento histerético magnético debido al movimiento de las líneas de flujo. | Este efecto muestra un diamagnetismo ideal en la temperatura crítica. |
Efecto Meissner paramagnético en pequeños superconductores
Este efecto es la propiedad más fundamental de los superconductores e implica resistividad cero. En la actualidad, varios experimentos han revelado que algunas muestras superconductoras pueden atraer un campo magnético denominado efecto Meissner paramagnético. Este efecto es una función oscilante del campo magnético que reemplaza el típico efecto Meissner justo encima de un campo determinado cuando en un superconductor se congelan numerosos cuantos de flujo.
Se descubre que la condición paramagnética es metaestable y la condición de Meissner se restablece con ruido externo. Entonces, el efecto paramagnético de Meissner está asociado con la superconductividad de la superficie, por lo que representa una propiedad superconductora común. Al reducir la temperatura, el flujo capturado en el campo crítico de la superficie en la cubierta superconductora se reduce a un volumen más pequeño al permitir que el flujo adicional ingrese a la superficie.
Aplicaciones
El Aplicaciones del efecto Meissner. Incluya lo siguiente.
- Esto se utiliza en Levitación Cuántica o Trampa Cuántica para desarrollar próximas tecnologías de transporte y la operación SQUID para medir cambios magnéticos sutiles.
- Este efecto se utiliza dentro de la levitación magnética, lo que significa que un cuerpo puede suspenderse sin soporte aparte de un campo magnético.
- Las aplicaciones potenciales de este efecto incluyen principalmente; vehículos de transporte levitados magnéticamente, soportes de baja vibración, cojinetes sin fricción, etc.
- Este efecto se utiliza en superconductores para formar escudos magnéticos que defienden los dispositivos sensibles de la interferencia magnética.
- Este efecto permite fabricar potentes imanes superconductores para aplicaciones de imágenes por resonancia magnética y aceleradores de partículas.
- Esto se utiliza en campos impactantes como la investigación científica, imágenes médicas, transporte, etc.
¿Quién descubrió el efecto Seebeck?
El efecto Seebeck fue descubierto por el físico alemán 'Thomas Johann Seebeck' en el año 1821.
¿Por qué es importante el efecto Seebeck?
El efecto Seebeck es útil para medir la temperatura con gran sensibilidad y precisión para producir energía eléctrica para diversas aplicaciones.
¿Qué es el efecto Seebeck y cómo se aprovecha para medir la temperatura?
El efecto Seebeck es un fenómeno en el que una variación de temperatura entre dos conductores eléctricos diferentes (o) semiconductores genera una disparidad de voltaje entre las dos sustancias. Una vez que se proporciona calor a uno de los dos conductores (o) semiconductores, y luego los electrones calentados fluyen hacia el conductor (o) semiconductor más frío. La diferencia de temperatura forma un EMF llamado efecto Seebeck.
¿Por qué Seebeck aumenta con la temperatura?
El valor del coeficiente de Seebeck es positivo por encima del rango de temperatura medido, lo que muestra un rendimiento tipo p y aumenta con el aumento de temperatura. La conductividad eléctrica mejora cada vez que aumenta la temperatura, lo que indica el rendimiento del semiconductor.
¿Qué es el efecto Meissner y cómo se utiliza en la levitación magnética?
Este efecto permite la levitación magnética al hacer que los buenos conductores mantengan alejados un campo magnético cuando se vuelven superconductores. Una vez que el conductor se enfría por debajo de su temperatura crítica, los campos magnéticos se expulsan para crear el efecto de levitación.
¿Qué es el efecto Meissner que demuestra que los superconductores son materiales diamagnéticos perfectos?
Los superconductores dentro del estado de Meissner muestran diamagnetismo ideal (o) súper diamagnetismo, lo que significa que el superconductor tiene una susceptibilidad magnética de -1.
Así, esto es una visión general del efecto Meissner , derivación, diferencias y sus aplicaciones. Se trata de la expulsión del campo magnético de la transición de los superconductores a un estado superconductor por debajo de una temperatura crítica. Este efecto dentro de la superconductividad implica la generación de corriente eléctrica superficial que crea un campo contramagnético para negar los campos magnéticos externos. Aquí tienes una pregunta: ¿qué es un superconductor?
