ЭФФЕКТ МЕЙСНЕРА

В 1911 году голландский физик Хейке Камерлинг- Оннес обнаружил, что электрическое сопротивление ртути при ее охлаждении до температуры 4 К становится равным нулю. Свойство сверхпроводимости затем обнаружили и у некоторых других металлов и сплавов.

Одним из главных отличий сверхпроводников от идеальных проводников является эффект, открытый в 1933 году Вальтером Мейснером и его ассистентом Робертом Оксен- фельдом, и выражающийся в вытеснении магнитного поля из сверхпроводящего образца.

Демонстрация эффекта Мейснера в качестве учебного эксперимента стала возможной после открытия высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП). До этого сверхпроводники получали охлаждением только в дорогом жидком гелии, имеющим температуру 4,2 К. Сегодня же есть материалы, становящиеся сверхпроводником при охлаждении в относительно дешевом жидком азоте с температурой 77 К.

Явление высокотемпературной сверхпроводимости обнаружили в 1986 году Алекс Мюллер и Георг Беднорц, ставшие за это открытие лауреатами Нобелевской премии. Алекс Мюллер - почетный профессор Казанского федерального университета.

Хейке Камерлинг-Онесс

Рис. 99. Хейке Камерлинг-Онесс

Вальтер Мейснер

Рис. 100. Вальтер Мейснер

Эффект Мейснера демонстрируют на керамическом YBaCuO образце, выполненном в форме небольшого цилиндра. В сверхпроводящее состояние его переводят охлаждением в жидком азоте.

Алекс Мюллер

Рис. 101. Алекс Мюллер

На кадровое окно кодо- скопа осторожно кладут постоянный магнит, а поблизости от него располагают термос с жидким азотом. На горизонтально закрепленную в штативе перекладину подвешивают на нити ВТСП-образец так, чтобы он располагался между полюсами магнита. Изображения магнита и образца проецируют на настенный экран. Внимание наблюдателей обращают на то, что образец свободно располагается между полюсами магнита. По тому, как этот образец свободно покачивается на подвесе, ясно, что он не испытывает заметного воздействия со стороны магнита (рис. 102 а). Магнитное поле магнита при этом свободно проникает в толщу образца.

Держа нить, отводят в сторону подвешенный на ней образец и погружают его в жидкий азот. Выждав 10-15 секунд, необходимых для охлаждения образца до температуры

Теневые проекции магнита и образца жидкого азота, его вынимают из термоса, немедля подводят к магниту и отпускают

Рис. 102. Теневые проекции магнита и образца жидкого азота, его вынимают из термоса, немедля подводят к магниту и отпускают. Однако образец на прежнее место уже не становится. Он располагается вне межполюсного пространства, поскольку выталкивается полем магнита туда, где этого поля нет (рис. 102 б).

Спустя несколько секунд, образец согревается окружающим его воздухом, теряет приобретенное свойство сверхпроводимости и под действием силы тяжести возвращается в пространство между полюсами магнита. При этом прогрев образца происходит не одномоментно по всему объему, сначала свойство сверхпроводимости теряют его наружные слои, и лишь спустя некоторое время тепло, проникнув внутрь, выводит образец целиком из сверхпроводящего состояния. Поэтому в исходное положение между полюсами магнита образец возвращается не скачком, а медленно и плавно.

В другом варианте эффект Мейснера демонстрируют с помощью миниатюрного цилиндрического магнита, свободно парящего над сверхпроводящим образцом. Поскольку и магнит, и сверхпроводник миниатюрны (рис. 103), то при публичной демонстрации явления целесообразно использовать видеокамеру вкупе с видеопроектором для трансляции изображения экспериментальной установки на настенный экран.

Принадлежности для демонстрации эффекта Мейснера

Рис. 103. Принадлежности для демонстрации эффекта Мейснера

Сверхпроводящий образец размером с рублевую монету кладут на возвышение в центре кюветы из плотного поролона, а на него кладут магнит. Поскольку образец имеет комнатную температуру и потому не является сверхпроводником, то магнит лежит непосредственно на нем. Затем магнит убирают, а в кювету наливают жидкий азот с тем расчетом, чтобы уровень его свободной поверхности сравнялся с верхней поверхностью образца.

После того, как образец перейдет в сверхпроводящее состояние, отмечаемое прекращением выделения вокруг него пузырьков азота, на него быстро опускают магнит, держа его пластмассовым пинцетом. Этот магнит неподвижно зависает над образцом на высоте 5-8 мм.

Для динамичности опыта можно слегка подтолкнуть магнит, передав ему вращательный импульс. Можно также между магнитом и образцом провести бумажную полоску. Наконец, можно аккуратно взять пластмассовым пинцетом сверхпроводящий образец и аккуратно приподнять его на 5- 10 мм, сохранив при этом его горизонтальное положение и не выводя из фокуса телекамеры. Магнит при этом также перемещается вверх, вися по-прежнему над образцом.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >