Эффект Мейснера


Интересно? Так давайте посмотрим видео и узнаем побольше про этот эффект

Хаотичное движение атомов проводника препятствует прохождению электрического тока. Сопротивление проводника уменьшается с уменьшением температуры. При дальнейшем снижении температуры проводника наблюдается полное уменьшение сопротивление и явление сверхпроводимости.

При некоторой температуре (близкой 0 oK) сопротивление проводника резко падает до нуля. Это явление называется сверхпроводимостью. Однако, в сверхпроводниках наблюдается также другое явление — эффект Мейснера. Проводники в сверхпроводящем состоянии обнаруживают необычное свойство. Из объема сверхпроводника полностью вытесняется магнитное поле.

Вытеснение сверхпроводником магнитного поля.

Проводник в сверхпроводящем состоянии, в отличие от идеального проводника, ведет себя как диамагнетик. Внешнее магнитное поле вытесняется из объема сверхпроводника. Тогда если поместить магнит над сверхпроводником, магнит зависает в воздухе.

Возникновение этого эффекта связано с тем, что при внесении сверхпроводника в магнитное поле в нем возникают вихревые токи индукции, магнитное поле которых полностью компенсирует внешнее поле (как в любом диамагнетике). Но индуцированное магнитное поле само также создает вихревые токи, направление которых противоположно токам индукции по направлению и равно по величине. В результате в объеме сверхпроводника отсутствуют и магнитное поле и ток. Объем сверхпроводника экранируется тонким приповерхностным слоем — скин-слоем — на толщину которого (порядка 10-7-10-8 м) проникает магнитное поле и в котором происходит его компенсация.

а — нормальный проводник, обладающий отличным от нуля сопротивлением при любой температуре (1), внесен в магнитное поле. В соответствии с законом электромагнитной индукции возникают токи, которые сопротивляются проникновению магнитного поля в металл (2). Однако если сопротивление отлично от нуля, они быстро затухают. Магнитное поле пронизывает образец нормального металла и практически однородно (3)

а — нормальный проводник, обладающий отличным от нуля сопротивлением при любой температуре (1), внесен в магнитное поле. В соответствии с законом электромагнитной индукции возникают токи, которые сопротивляются проникновению магнитного поля в металл (2). Однако если сопротивление отлично от нуля, они быстро затухают. Магнитное поле пронизывает образец нормального металла и практически однородно (3);

б — из нормального состояния при температуре выше Tc есть два пути: Первый: при понижении температуры образец переходит в сверхпроводящее состояние, затем можно наложить магнитное поле, которое выталкивается из образца. Второй: сначала наложить магнитное поле, которое проникнет в образец, а затем понизить температуру, тогда при переходе поле вытолкнется. Выключение магнитного поля дает ту же картинку

б — из нормального состояния при температуре выше Tc есть два пути: Первый: при понижении температуры образец переходит в сверхпроводящее состояние, затем можно наложить магнитное поле, которое выталкивается из образца. Второй: сначала наложить магнитное поле, которое проникнет в образец, а затем понизить температуру, тогда при переходе поле вытолкнется. Выключение магнитного поля дает ту же картинку;

в — если бы не было эффекта Мейснера, проводник без сопротивления вел бы себя по-другому. При переходе в состояние без сопротивления в магнитном поле он бы сохранял магнитное поле и удерживал бы его даже при снятии внешнего магнитного поля. Размагнитить такой магнит можно было бы, только повышая температуру. Такое поведение, однако, на опыте не наблюдается

в — если бы не было эффекта Мейснера, проводник без сопротивления вел бы себя по-другому. При переходе в состояние без сопротивления в магнитном поле он бы сохранял магнитное поле и удерживал бы его даже при снятии внешнего магнитного поля. Размагнитить такой магнит можно было бы, только повышая температуру. Такое поведение, однако, на опыте не наблюдается

Как и всякие диамагнетики, сверхпроводники выталкиваются из магнитного поля, при этом эффект выталкивания выражен столь сильно, что появляется возможность удерживать груз в пространстве с помощью магнитного поля.

  • avatar
  • .
  • +92

29 комментариев

avatar
интересно, можно ли создать такой сверхпроводник, левитирующий в магнитном поле Земли… хотя бы в теории…
avatar
Нет. Мощные магниты, сверхпроводники, низкие температуры. МОщным магнитом даже лягушку заставили левитировать, кстати.
avatar
а почему нет то, в теории оно как то все возможно, проблема теорию в практику перевести…
avatar
Ну банально из за слабости магнитного поля земли.
avatar
ничто не мешает проложить «пути». Ведь и такая технология есть.
avatar
Электромагнит сожрет сколько электричества? Поддержка инфраструктуры этой? Поддержание сверхнизких температур? Да легче метро в Магадан построить. Это же адронный коллайдер выйдет.
avatar
avatar
Вопросы были не про прикольные видеоролики, а про какую нибудь инфу о стоимости этого аттракциона. Возможно волоком по земле выходит дешевле?
avatar
интересно, а как тормозить-то?
avatar
Ну почтем я вижу два варианта. Первый. Основные затраты — прокладка самих путей. Причем как явственно выходит из теории электроэнергия вовсе необязательно требуется, достаточно иметь некоторое количество природных магнетитов для производства магнитных элементов путей. А сам поезд больших ресурсов и не требует. Устанавливаем систему охлаждения на основе циркуляции жидкого азота, подводим ее к сверхпроводикам вмонтированным в основание подвижного состава, с возможностью регулирования подажи имеющегося хладагента. Приводить в движение такой состав много проще, нежели колесный состав, отсутствует сопротивление за счет трение, отсутствуют и прочие подвижные детали. Даже двигатель подобный классическим двигательным установкам поездов не требуется. Понижаем температуру — едем, прекращаем охлаждение — тормозим. Где ваша смекалка, сударь? Все достаточно просто в плане схемы поезда. Другой вопрос как наладить охлаждение, но думаю и это не так сложно ибо имеются в природе действующие образцы. К примеру японский L0 или более новый состав L500 (вроде так зовется) которые движутся со скоростью 530 км/ч. К 2020ым годам, Япония планирует полностью проложить трассы охватывающие всю страну. Поезд по расчетам будет за 40 минут объезжать весь путь. И это не единственный образец. Имеются и в Китае, и в Европе, и даже в нашей родной России, хотя, справедливости ради, замечу, что у нас далее опытного образца, стоящего ныне в музее истории РЖД, дело не пошло. Решили удовольствоваться классическим принципом в виде Сапсана.
avatar
Понижаем температуру — едем, прекращаем охлаждение — тормозим.
температура окружающей среди тоже ведь не постоянная…
понятно, что ей можно понижать=повышать, но это трудно реализовать

японский монорельсовый поезд, который движется выше 500 км/ч, использует иной принцип… там создается электромагнитное поле непосредственно на участке, где движется поезд
avatar
Второй вариант, торможения, не предусматривает наличие регулятора подачи хладагента, а только участие приводной системы, что разумеется приводит к ее удорожанию.
Заметь, аварии связанные со сходом такого поезда с рельс исключаются самим принципом исходя из загонов физики. Обслуживание сведено к минимуму. Нет трения — нет износа, что тоже хорошо. И еще момент — не требуется делать изменение ландшафта, ибо как видно из демонстраций, пути задают только направление. Из этого следует что такую дорогу можно строить в любых условиях. И как ни крути, в конечном итоге это будет самый экономичный, самый экологически чистый транспорт, с недосягаемым КПД и ресурсом по модернизации и срокам использования.
avatar
во, классический способ торможения легко приклепать — надо сделать тормозные колеса для такого поезда: нажал тормоз — вытащились тормозные колеса, уцепились за рельс и с каждым мгновением усиливают сопротивление движения, тормозя таким образом состав… Понятное дело, что трение и износ будут, но только при торможении, и это будет недорогая система торможения
avatar
есть еще такая штука что при достаточно сильном внешнем магнитном поле эффект сверхпроводимости пропадает
avatar
чисто гепотетически: поле, генерирующее в определенных границах низкие температуры, возможно? или наших познаний этой вселенной не достаточно?
avatar
Полем генерировать сверхнизкую температуру? Нет, недостаточно. А гигантское магнитное поле жрёт энергии, как несколько городов за год.
avatar
Вывод: для движения поезда необходимо использовать магнетиты природного происхождения, не требующие электрического питания. Или же, выкручиваться и поддерживать напряжение только в том участке где находится состав и только в момент его прохождения, а не на всем промежутке путей. Оба варианта сразу снимают массу недостатков. а по части сверхнизких температур уже было сказано выше. Не вижу смысла отказываться от метода предложенного в роликах.
avatar
магнетиты природного происхождения
Нет таких…
avatar
Да что ты говоришь?! Разве?! Прям так и нет?! Открываем милый сердцу справочник в разделе «Геология» и читаем:

Магнети?т (устаревший синоним — магнитный железняк) FeO·Fe2O3 — широко распространённый минерал чёрного цвета из класса оксидов. Название — от античного города Магнесия в Малой Азии.

Свойства минерала
Кристаллы кубической сингонии (структура шпинели). Цвет чёрный. Блеск обычно металлический, но иногда бывает жирно-смоляной или матовый. Непрозрачен. Твёрдость 5,5—6. Плотность 4,9—5,2. Иногда наблюдается несовершенная спайность. Излом раковистый или неровно-ступенчатый.
Порошок медленно растворим в HCl.
Обладает сильными магнитными свойствами. Может изменять показания компаса. По данному признаку его можно найти: стрелка компаса показывает на магнетит и его залежи.
Может истираться в песок, который не теряет магнитных свойств. При поднесении магнита магнетитный песок притягивается к полюсам магнита.

Распространение в природе
Распространён весьма широко, образует большие скопления и рудные залежи. Встречается в виде кристаллов октаэдрического и ромбододекаэдрического облика, нередко образующих друзы, кристаллические сростки и щётки. Также плотные сливные массы, вкрапленники в сланцах и других метаморфических породах, вкрапленные и полосчатые руды. Встречается также в виде окатанных зёрен в осадочных горных породах и в россыпях.

Магнетитовый песок — мелкие окатаные кристаллы магнетита, имеет такие же свойства, как и у магнетита.

Месторождения
Промышленные месторождения магнетита связаны с магматическими породами габбровой (Копанское и Кусинское месторождения, Урал) и габбро-пироксенит-дунитовой (Качканарское и Гусевогорское месторождения, Урал) формаций; с сиенитами (Кирунавара и др., Швеция); с ультраосновными щелочными породами и карбонатитами (Африканда, Ковдор, Кольский полуостров; Сукулу, Уганда; Люлекоп, ЮАР); с контактово-метасоматическими образованиями (Магнитогорское, Высокогорское, Гороблагодатское месторождения, Урал; Дашкесанское, Азербайджан; месторождения Хакассии, Тургайской провинции и др.); с траппами (Коршуновское, Тагарское, Нерюндинское месторождения и др., восточная Сибирь); с вулканогенно-осадочными породами (Атасуйский район, Казахстан). Наиболее крупные месторождения магнетита метаморфогенного, связаны с железистыми кварцитами (Криворожский бассейн Украины; KMA; Оленегорское месторождение, Кольский полуостров; Костомукшское месторождение, Карелия; месторождения Канады, Бразилии, Венесуэлы, района Верхнего озера, США).

Применение
Важная железная руда (72,4 % железа). Магнетитовые руды — главный тип железных руд, попутно извлекаются также Ti, V. Основной метод обогащения — мокрая магнитная сепарация в слабом поле. Комбинированные схемы обогащения (магнитно-гравитационные, обжигмагнитные, магнитофлотационные и др.) применяются для комплексных, в т.ч. титаномагнетитовых, а также бедных руд.
Изделия из плавленого магнетита используют в качестве электродов для некоторых электрохимических процессов.
avatar
Я не про магнетит, я про то что нет магнита природного с такой силой поля. Магнитные поля в лабараториях в сотни и сотни раз сильнее поля земли, например. И там, да можно и лягушке полетать.
avatar
Тяжки ты… Хочешь сказать, что магниты прилепленые к куску деревяшки/картонки, над которыми парит модель неипатсо мощнейшая штуковина? Я стесняюсь спросить: А из чего эта штуковина сотворена? Что-то проводов которые бы подавали электричество, для образования электромагнитного поля, я на инсталяции не заметил.
avatar
Ммм… ну мы же масштабы понимаем? Если туда водрузить 50ти тонный контейнер?
avatar
Напрашивается вывод:
1. Поезда с данной концепцией, до решения вопроса об увеличении нагрузок, больше подходят как высокоскоростные пассажирские.
2. Возможен вариант их использования в курьерских целях.
Но первый все же предпочтительней. Позволит рассредоточить нагрузку с авиалиний на иной транспорт, тем самым создавая иную среду конкуренции и побуждая к снижению тарифов на авиаперелеты.
avatar
Уф, это не я тяжкий, это ты трудный. :) Прикинь стоимость линии Магадан — Москва? Ну хотябы исходя из того что менее затратной в прокладке ЖД в Магадане пока нет. А там две железяки и куча палок. Кстати, совсем не факт что обслуживание этих железяк и палок до Магадана, обойдётся дешевле чем персональный билет на самолет каждому жителю. Дороже это на порядки. Не взлетит оно. Это как в давности, голубей из дерева вырезали, но в самолет никто не верил. Так и тут, потеха для базара прикольная, но технический уровень рассматривать его применение не позволяет.
avatar
Это ты сейчас намекнул на тупость китаез с япошками? Или меня в гиенну огненную отправить решил?
avatar
Огненная гиена? Та, которая в Африке на солнце слишком долга была? :) Или геенна? :)
avatar
Ну плохо у меня с библейскими текстами и с грамматикой в последнее время как-то тоже…
avatar
Не, а что там у них, сделай пост.
avatar
ты не понимаешь одного. висящий в воздухе поезд это красиво и прикольно. но силы никуда не деваются. нагрузка на опоры так и будет равнятся массе поезда. и увеличивая нагрузку поезда ты так же будешь увеличивать нагрузку на пути.
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.