Em 1933, os físicos alemães Robert Ochsenfeld e Walther Meißner fizeram uma descoberta inovadora conhecida como Efeito Meissner. A investigação envolveu medir a distribuição do campo magnético em torno de amostras supercondutoras de estanho e chumbo. Ao resfriar essas amostras abaixo de sua temperatura de transição supercondutora e submetê-las a um campo magnético, Ochsenfeld e Meißner observaram um fenômeno notável. O campo magnético fora das amostras aumentou, indicando a expulsão do campo magnético de dentro das amostras. Este fenômeno, onde um supercondutor exibe pouco ou nenhum campo magnético dentro dele, é denominado estado de Meissner. No entanto, este estado é suscetível de colapso sob a influência de fortes campos magnéticos. Este artigo fornece uma visão geral do Efeito Meissner, seus mecanismos e suas aplicações práticas.
O que é o Efeito Meissner?
O efeito Meissner é a expulsão do campo magnético de um supercondutor durante sua mudança para o estado supercondutor sempre que for resfriado sob uma temperatura crítica. Esta expulsão do campo magnético resistirá a um ímã próximo e o estado de Meissner será interrompido sempre que o campo magnético aplicado for muito forte.
Os supercondutores estão disponíveis em duas classes com base em como ocorre a quebra, como tipo I e tipo II. O tipo I são os supercondutores elementares mais puros, além dos nanotubos de carbono e do nióbio, enquanto o tipo II são quase todos supercondutores compostos e impuros.
Efeito Meissner em Supercondutor
Sempre que os supercondutores são resfriados sob uma temperatura crítica, eles expelem o campo magnético e não deixam o campo magnético entrar dentro deles, então esse fenômeno dentro dos supercondutores é conhecido como efeito Meissner.
Sempre que um material supercondutor é resfriado abaixo de sua temperatura crítica, ele muda para uma condição supercondutora, de modo que os elétrons do material formam pares chamados Pares de Cooper. Esses pares se movem sem qualquer resistência por todo o material. Ao mesmo tempo, o material apresenta diamagnetismo ideal para repelir campos magnéticos.
Esta repulsão pode fazer com que as linhas do campo magnético se dobrem em torno do supercondutor para criar uma corrente de superfície que cancela com precisão o campo magnético externo no material, assim, o campo magnético é ejetado eficientemente do supercondutor e ocorre o efeito Meissner.
O exemplo do efeito Meissner é mostrado na figura a seguir. Este estado de Meissner é interrompido sempre que o campo magnético aumenta além de um valor fixo e a amostra se comporta como um condutor normal.
Portanto, esse determinado valor do campo magnético além do qual o supercondutor volta ao seu estado normal é conhecido como Campo Magnético Crítico. Aqui, o valor crítico do campo magnético depende principalmente da temperatura. Quando a temperatura abaixo da temperatura crítica diminui, o valor do campo magnético crítico aumenta. O abaixo Gráfico de efeito Meissner mostra a mudança dentro do campo magnético crítico através da temperatura.
Derivação
As duas informações essenciais usadas para fornecer uma derivação do Efeito Meissner são; o princípio da conservação de energia e a principal relação entre campos magnéticos e correntes elétricas. A força eletromotriz é a tensão gerada por uma mudança no fluxo magnético ao longo de um circuito fechado. O EMF ou força eletromotriz baseada na Lei de Indução de Faraday dentro de um circuito fechado é diretamente proporcional à taxa de variação do campo magnético ao longo do circuito. Por isso,
ε = -dΦ/dt
Usando a relação acima, podemos concluir que sempre que um material passa de uma condição comum para uma condição supercondutora, qualquer fluxo magnético ' F'e existente originalmente no material deve mudar. Portanto, esta mudança criará uma força eletromotriz e correntes de proteção na superfície do material. A resistência a esta mudança no fluxo é o que força o Efeito Meissner a ejetar o campo magnético externo.
Fixação de fluxo vs efeito Meissner
Compreender as principais diferenças entre a fixação de fluxo e o efeito Meissner certamente expande a compreensão dos fenômenos supercondutores e nos diz que a supercondutividade é uma força de interação rica e condições excepcionais da matéria. A diferença entre Flux Pinning e Efeito Meissner é discutida abaixo.
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Fixação de fluxo |
Efeito Meissner |
| A fixação de fluxo é um tipo de fenômeno que descreve as relações entre um campo magnético e um supercondutor de alta temperatura. | O efeito Meissner é a expulsão do fluxo magnético sempre que um material se transforma em supercondutor dentro de um campo magnético. |
| A fixação de fluxo também é conhecida como bloqueio quântico. | O efeito Meissner também é conhecido como teoria de Bardeen-Cooper-Schrieffer. |
| Flux Pinning tem retenção de campo magnético limitada.
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Isso explica a expulsão completa do campo magnético de um supercondutor. |
| A fixação de fluxo se aplica a todos os supercondutores.
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O efeito Meissner aplica-se apenas aos supercondutores Tipo II. |
| A fixação de fluxo pode causar desempenho histerético magnético devido ao movimento das linhas de fluxo. | Este efeito mostra diamagnetismo ideal na temperatura crítica. |
Efeito Meissner Paramagnético em Pequenos Supercondutores
Este efeito é a propriedade mais fundamental dos supercondutores e implica resistividade zero. Atualmente, vários experimentos revelaram que algumas amostras supercondutoras podem atrair um campo magnético denominado efeito Meissner paramagnético. Este efeito é uma função oscilante para o campo magnético que substitui o típico efeito Meissner logo acima de um determinado campo sempre que numerosos quanta de fluxo são congelados em um supercondutor.
A condição paramagnética é metaestável e a condição de Meissner é restaurada com ruído externo. Portanto, o efeito Meissner paramagnético está associado à supercondutividade da superfície, representando assim uma propriedade comum dos supercondutores. Ao reduzir a temperatura, o fluxo capturado no campo crítico da superfície na cobertura supercondutora reduz-se a um volume menor, permitindo que o fluxo adicional entre na superfície.
Formulários
O aplicações do efeito Meissner inclui o seguinte.
- Isso é usado em Levitação Quântica ou Armadilha Quântica para desenvolver futuras tecnologias de transporte e na operação SQUIDs para medir mudanças magnéticas sutis.
- Este efeito é usado na levitação magnética, o que significa que um corpo pode ser suspenso sem suporte, exceto por um campo magnético.
- As aplicações potenciais deste efeito incluem principalmente; veículos de transporte levitados magneticamente, suportes de baixa vibração, rolamentos sem atrito, etc.
- Este efeito é usado em supercondutores para formar escudos magnéticos que defendem dispositivos sensíveis contra interferências magnéticas.
- Este efeito permite a fabricação de poderosos ímãs supercondutores para aplicações em imagens de ressonância magnética e aceleradores de partículas.
- Isso é usado em áreas de impacto como pesquisa científica, imagens médicas, transporte, etc.
Quem descobriu o efeito Seebeck?
O efeito Seebeck foi descoberto pelo físico alemão “Thomas Johann Seebeck” no ano de 1821.
Por que o efeito Seebeck é importante?
O efeito Seebeck é útil na medição de temperatura com enorme sensibilidade e precisão para produzir energia elétrica para diversas aplicações.
O que é o efeito Seebeck e como ele é explorado para medir a temperatura?
O efeito Seebeck é uma ocorrência onde uma variação de temperatura entre dois condutores elétricos diferentes (ou) semicondutores gera uma disparidade de tensão entre as duas substâncias. Uma vez que o calor é fornecido a um dos dois condutores (ou) semicondutores e, em seguida, elétrons aquecidos fluem para o condutor mais frio (ou) semicondutor. A diferença na temperatura forma um CEM chamado efeito Seebeck.
Por que Seebeck aumenta com a temperatura?
O valor do coeficiente Seebeck é positivo acima da faixa de temperatura medida, o que mostra um desempenho do tipo p e aumenta com o aumento da temperatura. A condutividade elétrica aumenta sempre que a temperatura aumenta, o que indica o desempenho do semicondutor.
O que é o efeito Meissner e como ele é usado na levitação magnética?
Este efeito permite a levitação magnética, fazendo com que bons condutores evitem um campo magnético sempre que se tornam supercondutores. Uma vez que o condutor é resfriado sob sua temperatura crítica, os campos magnéticos são expelidos para criar o efeito de levitação.
Qual é o efeito Meissner que mostra que os supercondutores são materiais diamagnéticos perfeitos?
Supercondutores dentro do estado de Meissner apresentam diamagnetismo ideal (ou) superdiamagnetismo, o que significa que o supercondutor tem uma suscetibilidade magnética -1.
Assim, isso é uma visão geral do efeito Meissner , derivação, diferenças e suas aplicações. Esta é a expulsão do campo magnético da transição dos supercondutores para um estado supercondutor abaixo de uma temperatura crítica. Este efeito dentro da supercondutividade envolve a geração de corrente elétrica de superfície que cria um campo contramagnético para negar campos magnéticos externos. Aqui fica uma pergunta para você: o que é um supercondutor?
