Левитация сверхпроводников
Левитация в физике. Устойчивое положение объекта в гравитационном поле без непосредственного контакта с другими объектами. Необходимые условия для левитации. Физический потенциал сверхпроводников. Эффект Мейснера. Уравнение Лондонов. Уравнение Пиппарда.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.02.2019 |
| Размер файла | 1,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ЛЕВИТАЦИЯ СВЕРХПРОВОДНИКОВ
Проживин С.Н.
Научный руководитель:
Головкина М.В.
Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, Самара, Россия
Левитация в физике. Звучит необычно, но понаблюдать за настоящей левитацией сегодня вполне возможно благодаря уникальнейшим свойствам сверхпроводящих материалов. Что это такое?
Левитация - это устойчивое положение объекта в гравитационном поле без непосредственного контакта с другими объектами. Необходимыми условиями для левитации в этом смысле являются: (1) наличие силы, компенсирующей силу тяжести, и (2) наличие возвращающей силы, обеспечивающей устойчивость объекта. То есть левитация -- это преодоление объектом гравитации, когда он парит и не касается опоры, не отталкиваясь при этом от воздуха, не используя реактивную тягу.
Сверхпроводник -- материал, электрическое сопротивление которого при понижении температуры до некоторой величины Tc становится равным нулю (сверхпроводимость). При этом говорят, что материал приобретает «сверхпроводящие свойства» или переходит в «сверхпроводящее состояние». Сверхпроводники раскрывают свой физический потенциал лишь при чрезвычайно низких температурах (от -185°C). Именно в условиях таких экстремальных температур обычный керамический слой приобретает свойства сверхпроводника.
Рис 1. - Сверхпроводник.
Рис 2.- Магнитный рельс и сверхпроводник.
Суть левитации состоит в том, что благодаря правильному использованию физических свойств сверхпроводников их возможно не просто удержать в воздухе, но и заставить двигаться над и даже под магнитными "рельсами". В марте 1991 года научный журнал «Nature» опубликовал интересную фотографию: на снимке директор Токийской исследовательской лаборатории сверхпроводимости Дон Тапскотт стоял на блюде из сверхпроводящего керамического материала, и между ним и поверхностью пола был отчётливо виден небольшой зазор. Масса директора вместе с блюдом составляла 120 кг, что не мешало им парить над землёй. Это явление объясняется эффектом Мейснера, который не дает магнитному полю ни проникать внутрь сверхпроводящего образца, ни выходить из него.
Эффект Мейснера - полное вытеснение магнитного поля из объёма проводника при его переходе в сверхпроводящее состояние. Впервые явление наблюдалось в 1933 году немецкими физиками В. Мейснером и Р. Оксенфельдом.
Рис 3.- Схема эффекта Мейснера.
При охлаждении сверхпроводника, находящегося во внешнем постоянном магнитном поле, в момент перехода в сверхпроводящее состояние магнитное поле полностью вытесняется из его объёма. Этим сверхпроводник отличается от идеального проводника, у которого при падении сопротивления до нуля индукция магнитного поля в объёме должна сохраняться без изменения. Отсутствие магнитного поля в объёме проводника позволяет заключить из общих законов магнитного поля, что в нём существует только поверхностный ток. Он физически реален и поэтому занимает некоторый тонкий слой вблизи поверхности. Магнитное поле тока уничтожает внутри сверхпроводника внешнее магнитное поле. В этом отношении сверхпроводник ведёт себя формально как идеальный диамагнетик. Однако он не является диамагнетиком, так как внутри него намагниченность равна нулю. Эффект Мейснера не может быть объяснён только бесконечной проводимостью. Впервые его природу объяснили братья Фриц и Хайнц Лондоны c помощью уравнения Лондонов. Они показали, что в сверхпроводнике поле проникает на фиксированную глубину от поверхности -- лондоновскую глубину проникновения магнитного поля л. Для металлов л ? 10 ? 2 мкм.
Уравнение Лондонов (в некоторых источниках -- уравнение Лондона) устанавливает связь между током и магнитным полем в сверхпроводниках. Впервые оно было получено в 1935 г. братьями Фрицем и Хайнцем Лондонами. Уравнение Лондонов дало первое удовлетворительное объяснение эффекта Мейсснера -- спадания магнитного поля в сверхпроводниках. Затем в 1953 г. было получено уравнение Пиппарда для чистых сверхпроводников.
Уравнение Пиппарда устанавливает нелокальную связь между током и векторным потенциалом в чистых сверхпроводниках. Впервые оно было получено в 1953 г. А. Б. Пиппардом. Применяется наряду с уравнениями Лондонов для описания электродинамики сверхпроводников.
Одним из свойств сверхпроводников 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, «видит» магнит одинаковой полярности и точно такого же размера, -- что и вызывает левитацию.
левитация гравитационный физика сверхпроводник
Литература
1) Эффект Мейснера [Электронный реcурc]. - Режим доcтупa: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA %D1%82_%D0%9C%D0%B5%D0%B9%D1%81%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0#%C2%AB%D0%93%D1%80%D0%BE%D0%B1_%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%C2%BB - зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 3.01.2019)
2) Квантовая левитация - уже реальность [Электронный реcурc]. - Режим доcтупa: https://ru-fenomen.livejournal.com/426951.html - зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 3.01.2019)
3) Сверхпроводник [Электронный реcурc]. - Режим доcтупa: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1%85%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B8%D0%BA - зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 3.01.2019)
4) Квантовая левитация. Современное чудо [Электронный реcурc]. - Режим доcтупa: http://lifeglobe.net/entry/2128 - зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 3.01.2019)
5) Квантовая левитация - сверхпроводники [Электронный реcурc]. - Режим доcтупa: https://fishki.net/52407-kvantovaja-levitacija---sverhprovodniki-17-foto-2-video.html - зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 3.01.2019) 6) Левитация [Электронный реcурc]. - Режим доcтупa: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_(%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B0) - зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 3.01.2019)
7) Уравнение Лондонов[Электронный реcурc]. - Режим доcтупa: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%9B%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2 - зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 3.01.2019) Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Открытие сверхпроводников, эффект Мейснера, высокотемпературная сверхпроводимость, сверхпроводящий бум. Синтез высокотемпературных сверхпроводников. Применение сверхпроводящих материалов. Диэлектрики, полупроводники, проводники и сверхпроводники.
курсовая работа [851,5 K], добавлен 04.06.2016Свойства сверхпроводящих материалов. Определение электрического сопротивления и магнитной проницаемости немагнитных зазоров. Падение напряженности магнитного поля по участкам. Условия для работы устройства. Применение эффекта Мейснера и его изобретение.
научная работа [254,2 K], добавлен 20.04.2010История развития сверхпроводников. Создание генераторов переменного тока и магнитно-резонансного томографа на основе использования сверхпроводящего магнита. Применение высокотемпературных сверхпроводников. Внедрение ВТСП в вычислительную технику.
презентация [1,0 M], добавлен 22.01.2016История открытия сверхпроводников, отличие их от идеальных проводников. Эффект Мейснера. Применение макроскопического квантового явления. Свойства и применение магнитов. Использование в медицине медико-диагностической процедуры как электронной томографии.
презентация [7,4 M], добавлен 18.04.2016Понятие сверхпроводников и их отличия. Основные моменты их окрытия и исследования. Особенности поведения сопротивления в зависимости от температуры. Определение критической температуры и магнитного поля. Классификация и примеры сверхпроводников.
презентация [0 b], добавлен 12.03.2013Ионная природа мембранных потенциалов. Потенциал покоя, уравнение Нернста. Стационарный потенциал Гольдмана-Ходжкина. Уравнение электродиффузии ионов через мембрану в приближении однородного поля. Механизм генерации и распространения потенциала действия.
реферат [158,6 K], добавлен 16.12.2015Физический смысл волн де Бройля. Соотношение неопределенности Гейзенберга. Корпускулярно-волновая двойственность свойств частиц. Условие нормировки волновой функции. Уравнение Шредингера как основное уравнение нерелятивистской квантовой механики.
презентация [738,3 K], добавлен 14.03.2016Явление перемещения жидкости в пористых телах под действием электрического поля. Электрокинетические явления в дисперсных системах. Уравнение Гельмгольца–Смолуховского для электроосмоса. Движение частиц дисперсной фазы в постоянном электрическом поле.
реферат [206,2 K], добавлен 10.05.2009История открытия сверхпроводников, их классификация. Фазовый переход в сверхпроводящее состояние. Научные теории, описывающие это явление и опыты, его демонстрирующие. Эффект Джозефсона. Применение сверхпроводимости в ускорителях, медицине, на транспорте.
курсовая работа [77,2 K], добавлен 04.04.2014Действие внешнего магнитного поля на вещество и процесс намагничивания. Особенности и главные свойства ферромагнетиков. Электромагнитная индукция как фундаментальное явление электромагнетизма. Гипотеза и уравнение Максвелла для электромагнетизма.
реферат [58,6 K], добавлен 08.04.2011Исследование волоконного световода без потерь двухслойной конструкции. Уравнение передачи по световоду, порядок и принципы его составления. Нахождение постоянной интегрирования и подставление их в уравнение. Типы волн в световодах, их особенности.
реферат [91,9 K], добавлен 10.06.2011Дифференциальное уравнение теплопроводности как математическая модель целого класса явлений, особенности его составления и решения. Краевые условия – совокупность начальных и граничных условий, их отличительные черты. Способы задания граничного условия.
реферат [134,2 K], добавлен 08.02.2009Первая теорема Гельмгольца. Уравнение баланса внутренней энергии и мощность ее диссипации. Обобщенное уравнение Гельмгольца для дисперсии завихренности в вязкой несжимаемой среде. Квазитвердое движение внутри вихря Ренкина и вызванное поле вне вихря.
лекция [334,3 K], добавлен 26.02.2011Уравнение теплопроводности: его физический смысл, порядок формирования и решения. Распространение тепла в пространстве и органических телах. Случай однородного цилиндра и шара. Схема метода разделения переменных, ее исследование на конкретных примерах.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 25.11.2011Результаты экспериментального исследования радиогеохимического эффекта. Описание и способы его регистрации. Примеры экспериментального обнаружения эффекта. Уравнение неразрывности. Закон Фика. Уравнение конвективной диффузии. Химический потенциал.
дипломная работа [820,6 K], добавлен 06.07.2008Вывод первого начала термодинамики через энергию. Уравнение состояния идеального газа, уравнение Менделеева-Клапейрона. Определение термодинамического потенциала. Свободная энергия Гельмгольца. Термодинамика сплошных сред. Тепловые свойства среды.
практическая работа [248,7 K], добавлен 30.05.2013Математическая зависимость, связывающая физические параметры, характеризующие явление теплопроводности внутри объема. Феноменологический и статистический методы исследования процессов тепло- и массообмена. Модель сплошной среды, температурное поле.
презентация [559,8 K], добавлен 15.03.2014Открытие явления сверхпроводимости. Первые экспериментальные факты. Эффект Мейснера, изотопический эффект. Теория сверхпроводимости. Щель в энергетическом спектре. Образование электронных пар. Квантование магнитного потока (макроскопический эффект).
дипломная работа [2,7 M], добавлен 24.08.2010Уравнение Кеплера и движение вдоль орбиты. Задача двух тел: движение одного тела относительно другого и относительно центра масс. Формулировка ограниченной задачи трех тел. Движение в поле тяготения Земли. Условия появления искусственных спутников Земли.
презентация [447,3 K], добавлен 28.09.2013Ток и плотность тока проводимости. Закон Ома в дифференциальной форме. Стороннее электрическое поле. Законы Кирхгофа в дифференциальной форме. Уравнение Лапласа для электрического поля в проводящей среде. Дифференциальная форма закона Джоуля-Ленца.
презентация [512,3 K], добавлен 13.08.2013
