邁斯納效應

邁斯納效應

邁斯納效應是當一個磁體和一個處於超導態的超導體相互靠近時,磁體的磁場會使超導體表面中出現超導電流。此超導電流形成的磁場,在超導體內部,恰好和磁體的磁場大小相等,方向相反。這兩個磁志抵消,使超導體內部的磁感應強度為零,B=0,即超導體排斥體內的磁場。是1933年德國物理學家邁斯納(W.Meissner)和奧森菲爾德(R.Ochsebfekd)對錫單晶球超導體做磁場分布測量時發現。

邁斯納效應

 英文名稱:Meissner effect
(圖)邁斯納效應邁斯納效應

概念

當一個磁體和一個處於超導態的超導體相互靠近時,磁體的磁場會使超導體表面中出現超導電流。此超導電流形成的磁場,在超導體內部,恰好和磁體的磁場大小相等,方向相反。這兩個磁志抵消,使超導體內部的磁感應強度為零,B=0,即超導體排斥體內的磁場。

發現

1933年德國物理學家邁斯納(W.Meissner)和奧森菲爾德(R.Ochsebfekd)對錫單晶球超導體做磁場分布測量時發現,在小磁場中把金屬冷卻進入超導態時,體內的磁力線一下被排出,磁力線不能穿過它的體內,也就是說超導體處於超導態時,體內的磁場恆等於零。

(圖)邁斯納效應邁斯納效應

超導體一旦進入超導狀態,體內的磁通量將全部被排出體外,磁感應強度恆為零,且不論對導體是先降溫後加磁場,還是先加磁場後降溫,只要進入超導狀態,超導體就把全部磁通量排出體外。
此外,超導體還是完全的抗磁體,外加磁場無法進入或(嚴格說是)大範圍地存在於超導體內部,這是超導體的另一個基本特性。

原理

產生邁斯納效應的原因是:當超導體處於超導態時,在磁場作用下,表面產生一個無損耗感應電流。這個電流產生的磁場恰恰與外加磁場大小相等、方向相反,因而總合成磁場為零。換句話說,這個無損耗感應電流對外加磁場起著禁止作用,因此稱它為抗磁性禁止電流。
超導體不是電阻無限小的理想導體
因為對於電阻率ρ無限小的理想導體,根據J=σE=E/ρ,當ρ為0時,E必須為0才能使J保持有限。這就是說對理想導體在沒有電場E的條件下仍可以維持穩恆的電流密度。

實驗

後來人們還做過這樣一個實驗,在一個淺平的錫盤中,放入一個體積很小磁性很強的永久磁鐵,然後把溫度降低,使錫出現超導性。這時可以看到,小磁鐵竟然離開錫盤表面,飄然升起,與錫盤保持一定距離後,便懸空不動了。這是由於超導體的完全抗磁性,使小磁鐵的磁力線無法穿透超導體,磁場發生畸變,便產生了一個向上的浮力。
進一步的研究表明:處於超導態的物體,外加磁場之所以無法穿透它的內部,是因為在超導體的表面感生一個無損耗的抗磁超導電流,這一電流產生的磁場,恰巧抵消了超導體內部的磁場。這一發現非常有意義,在此之後,人們用邁斯納效應來判別物質是否具有超導性。

作用

邁斯納效應和零電阻現象是實驗上判定一個材料是否為超導體的兩大要素。邁斯納效應指明了超導態是一個熱力學平衡狀態,與如何進入超導態的途徑無關,超導態的零電阻現象和邁斯納效應是超導態的兩個相互獨立,又相互聯繫的基本屬性。單純的零電阻並不能保證邁斯納效應的存在,但零電阻效應又是邁斯納效應的必要條件。因此,衡量一種材料是否是超導體,必須看是否同時具備零電阻和邁斯納效應。


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