สภาพของไมส์เนอร์ เอฟเฟกต์ Meissner และการใช้งานจริง

แม่เหล็กในถ้วยตัวนำยิ่งยวดที่เทไนโตรเจนเหลวลอยอยู่เหมือนโลงศพของโมฮัมเหม็ด ...

ตำนาน "โลงศพมโหฬาร" ผสมผสานเป็นภาพ "วิทยาศาสตร์" ของโลกในปี พ.ศ. 2476 เป็น "เมสเนอร์เอฟเฟค": เหนือตัวนำยิ่งยวด แม่เหล็กจะลอยตัวและเริ่มลอยตัว ข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์ และ "ภาพทางวิทยาศาสตร์" (เช่นตำนานของผู้ที่เกี่ยวข้องกับคำอธิบายข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์) มีดังต่อไปนี้: "สนามแม่เหล็กที่คงที่ไม่แรงเกินไปถูกผลักออกจากตัวอย่างตัวนำยิ่งยวด" - และทุกอย่างก็ชัดเจนในทันทีและ เข้าใจได้ แต่ผู้ที่สร้างภาพโลกของตนเองไม่ได้ถูกห้ามไม่ให้คิดว่าพวกเขากำลังเผชิญกับการลอยตัว ใครชอบอะไร. อย่างไรก็ตาม ผู้ที่ไม่ถูกบดบังด้วย "ภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลก" มีประสิทธิผลมากกว่าในด้านวิทยาศาสตร์ นี่คือสิ่งที่เราจะพูดถึงตอนนี้

และกรณีคือพระเจ้าผู้ประดิษฐ์ ...

โดยทั่วไป การสังเกต "เอฟเฟกต์ Meissner-Mahomet" ไม่ใช่เรื่องง่าย เราต้องการฮีเลียมเหลว แต่ในเดือนกันยายนปี 1986 เมื่อ G. Bednorz และ A. Müller รายงานว่าตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงเป็นไปได้ในตัวอย่างเซรามิกที่มีพื้นฐานจาก Ba-La-Cu-O สิ่งนี้ขัดแย้งอย่างสิ้นเชิงกับ "ภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลก" และพวกมันจะถูกไล่ออกจากมันอย่างรวดเร็ว แต่มันคือ "โลงศพของโมฮัมเหม็ด" ที่ช่วย: ปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวดสามารถแสดงให้ทุกคนเห็นได้อย่างอิสระและทุกที่ คำอธิบายอื่น ๆ ทั้งหมดของ "ภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลก" ขัดแย้งกันมากยิ่งขึ้นจากนั้นจึงเกิดภาวะตัวนำยิ่งยวดที่ อุณหภูมิสูงจำได้อย่างรวดเร็วและของพวกเขา รางวัลโนเบลพวกเหล่านี้ได้รับในปีหน้า! - เปรียบเทียบกับผู้บุกเบิกทฤษฎีตัวนำยิ่งยวด - Peter Kapitsa ผู้ค้นพบตัวนำยิ่งยวดเมื่อห้าสิบปีก่อนและได้รับรางวัลโนเบลเร็วกว่าคนเหล่านี้เพียงแปดปี ...

ก่อนดำเนินการต่อ โปรดดูการลอยตัวของ Mahomet-Meissner ในวิดีโอต่อไปนี้

ก่อนเริ่มการทดลอง ตัวนำยิ่งยวดที่ทำจากเซรามิกพิเศษ ( YBa 2 Cu 3 O 7-x) ถูกทำให้เย็นลงโดยการเทไนโตรเจนเหลวลงไปเพื่อให้ได้คุณสมบัติ "มหัศจรรย์"

ในปี 1992 ที่มหาวิทยาลัย Tampere (ฟินแลนด์) นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Evgeny Podkletnov ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับคุณสมบัติของการป้องกันโดยเซรามิกตัวนำยิ่งยวดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าต่างๆ อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการทดลอง โดยบังเอิญ ได้ค้นพบเอฟเฟกต์ที่ไม่เข้ากับกรอบของฟิสิกส์คลาสสิก Podkletnov เรียกมันว่า "การป้องกันแรงโน้มถ่วง" และเผยแพร่รายงานเบื้องต้นกับผู้เขียนร่วม

Podkletnov หมุนดิสก์ตัวนำยิ่งยวด "frostbitten" ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า แล้ววันหนึ่ง มีใครบางคนในห้องทดลองจุดท่อ และควันที่เข้าไปในโซนเหนือจานหมุนก็พุ่งขึ้นมาทันที! เหล่านั้น. ควันบนแผ่นดิสก์กำลังลดน้ำหนัก! การวัดด้วยวัตถุจากวัสดุอื่นยืนยันการเดา ไม่ใช่ตั้งฉาก แต่โดยทั่วไปแล้วตรงกันข้ามกับ "ภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลก": ปรากฎว่าสามารถป้องกันตัวเองจากแรงโน้มถ่วงสากลที่ "แผ่ซ่านไปทั่ว"!
แต่ตรงกันข้ามกับเอฟเฟกต์ภาพของ Meissner-Mahomet ความชัดเจนที่นี่ต่ำกว่ามาก: การลดน้ำหนักสูงสุดประมาณ 2%

รายงานการทดลองเสร็จสมบูรณ์โดย Evgeny Podkletnov ในเดือนมกราคม 1995 และส่งไปยัง D. Modanese ซึ่งขอให้เขาระบุชื่อที่จำเป็นสำหรับการอ้างอิงในงานของเขา "การวิเคราะห์เชิงทฤษฎี ... " ห้องสมุดพิมพ์ล่วงหน้า Los Alamos ที่ปรากฏในเดือนพฤษภาคม ( hep-th / 9505094) และอุปทาน พื้นฐานทางทฤษฎีสู่การทดลอง นี่คือลักษณะที่ตัวระบุ MSU ปรากฏขึ้น - เคมี 95 (หรือในการถอดความของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก - เคมี 95)

บทความของ Podkletnov ถูกปฏิเสธโดยวารสารทางวิทยาศาสตร์หลายฉบับ จนกระทั่งในที่สุดก็ได้รับการยอมรับให้ตีพิมพ์ (ณ ตุลาคม 2538) ใน Journal of Physics-D: Applied Physics ซึ่งเป็นสิ่งพิมพ์ของ England's Institute Physics ดูเหมือนว่าการค้นพบกำลังจะปลอดภัย ถ้าไม่ได้รับการยอมรับ อย่างน้อยก็เป็นประโยชน์ต่อโลกวิทยาศาสตร์ อย่างไรก็ตาม มันไม่ได้ผลอย่างนั้น

บทความแรกถูกตีพิมพ์โดยสิ่งตีพิมพ์ที่อยู่ห่างไกลจากวิทยาศาสตร์ที่ไม่สังเกตความบริสุทธิ์ของ "ภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลก" - วันนี้พวกเขาจะเขียนเกี่ยวกับชายสีเขียวตัวเล็ก ๆ และจานบินและในวันพรุ่งนี้เกี่ยวกับการต่อต้านแรงโน้มถ่วง - มันจะน่าสนใจสำหรับผู้อ่านไม่ว่ามันจะพอดีหรือไม่ก็ตาม ไม่เข้ากับภาพ "วิทยาศาสตร์" ของโลก
ตัวแทนของมหาวิทยาลัยตัมเปเรกล่าวว่าภายในกำแพงของสถาบันนี้ ปัญหาการต่อต้านแรงโน้มถ่วงไม่ได้ถูกจัดการ ผู้เขียนร่วมของบทความ Levit และ Vuorinen ซึ่งให้การสนับสนุนด้านเทคนิค กลัวเรื่องอื้อฉาว ปฏิเสธชื่อเสียงของผู้ค้นพบ และ Evgeny Podkletnov ถูกบังคับให้ลบข้อความที่เตรียมไว้ในนิตยสาร

อย่างไรก็ตาม ความอยากรู้ของนักวิทยาศาสตร์ก็ชนะไป ในปี 1997 ทีมงานของ NASA ในเมือง Huntsville รัฐ Alabama ได้ทำการทดลองซ้ำของ Podkletny โดยใช้การตั้งค่าของพวกเขา การทดสอบแบบสถิต (โดยไม่หมุนดิสก์ HTSC) ไม่ได้ยืนยันผลของการป้องกันแรงโน้มถ่วง

อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถเป็นอย่างอื่นได้:นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวอิตาลีที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ Giovanni Modanese ในรายงานของเขาที่นำเสนอในเดือนตุลาคม 1997 ที่การประชุมใหญ่ของ IAF ครั้งที่ 48 (International Astronautical Federation) ซึ่งจัดขึ้นที่เมืองตูรินซึ่งได้รับการสนับสนุนจากทฤษฎีว่าจำเป็นต้องใช้ดิสก์ HTSC เซรามิกสองชั้น เพื่อให้ได้เอฟเฟกต์อุณหภูมิวิกฤตที่แตกต่างกันของชั้น (อย่างไรก็ตาม Podkletnov ก็เขียนเกี่ยวกับสิ่งนี้ด้วย) งานนี้ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมในบทความ "Gravitational Anomalies by HTC superconductors: a 1999 Theoretical Status Report" นอกจากนี้ยังมีข้อสรุปที่น่าสนใจเกี่ยวกับความเป็นไปไม่ได้ในการสร้างเครื่องบินโดยใช้ผลของ "การป้องกันแรงโน้มถ่วง" แม้ว่าจะยังมีความเป็นไปได้ทางทฤษฎีในการสร้างลิฟต์โน้มถ่วง - "ลิฟต์"

ในไม่ช้านักวิทยาศาสตร์ชาวจีนก็ค้นพบความผันแปรของความรุนแรงในการวัดการเปลี่ยนแปลงของแรงโน้มถ่วงในกระบวนการสมบูรณ์ สุริยุปราคาน้อยมาก แต่ยืนยันโดยอ้อมถึงความเป็นไปได้ของ "การป้องกันแรงโน้มถ่วง" นี่คือภาพที่ “วิทยาศาสตร์” ของโลกเริ่มเปลี่ยนไป กล่าวคือ สร้างตำนานใหม่

เกี่ยวเนื่องกับสิ่งที่เกิดขึ้น ให้ถามคำถามต่อไปนี้
- และ "การทำนายทางวิทยาศาสตร์" ที่ฉาวโฉ่อยู่ที่ไหน - ทำไมวิทยาศาสตร์ไม่ทำนายผลต้านแรงโน้มถ่วง?
- ทำไม Chance ถึงตัดสินใจทุกอย่าง? ยิ่งกว่านั้นนักวิทยาศาสตร์ติดอาวุธด้วยภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลกแม้หลังจากถูกเคี้ยวและใส่ในปากแล้วไม่สามารถทำการทดลองซ้ำได้? เป็นกรณีใดที่เข้ามาในหัวข้างหนึ่งและไม่สามารถทุบให้เป็นอย่างอื่นได้?

พวกเขาโดดเด่นมากขึ้นอย่างสูงชัน นักมวยปล้ำชาวรัสเซียด้วยวิทยาศาตร์เทียมซึ่งจวบจนสิ้นอายุขัย เราก็ถูกนำโดย Yevgeny Ginzburg นักวัตถุนิยมหัวรุนแรง ศาสตราจารย์จากสถาบันปัญหาทางกายภาพ ป.ล. Kapitza RAS Maxim Kagan กล่าวว่า:
การทดลองของ Podkletnov ดูค่อนข้างแปลก ในการประชุมระดับนานาชาติสองครั้งล่าสุดเกี่ยวกับการนำยิ่งยวดในบอสตัน (สหรัฐอเมริกา) และเดรสเดน (เยอรมนี) ซึ่งฉันเข้าร่วม การทดลองของเขาไม่ได้ถูกกล่าวถึง ผู้เชี่ยวชาญไม่เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวาง โดยหลักการแล้วสมการของไอน์สไตน์อนุญาตให้มีปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและสนามโน้มถ่วง แต่เพื่อให้การโต้ตอบดังกล่าวเป็นที่สังเกตได้ จำเป็นต้องมีพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดมหึมา ซึ่งเทียบได้กับพลังงานแห่งการพักผ่อนของไอน์สไตน์ จำเป็นต้องใช้กระแสไฟฟ้าที่มีลำดับความสำคัญสูงกว่าที่สามารถทำได้ในสภาพห้องปฏิบัติการสมัยใหม่ ดังนั้นเราจึงไม่มีความเป็นไปได้ในการทดลองจริงที่จะเปลี่ยนปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง
- แล้วนาซ่าล่ะ?
-นาซ่ามีเงินมากมายสำหรับการวิจัยและพัฒนา พวกเขาทดสอบความคิดมากมาย พวกเขายังตรวจสอบความคิดที่น่าสงสัยมาก แต่น่าสนใจสำหรับผู้ชมในวงกว้าง ... เรากำลังศึกษาคุณสมบัติที่แท้จริงของตัวนำยิ่งยวด ....»

- ดังนั้นนี่คือ: เราเป็นนักวัตถุนิยมและคนอเมริกันที่รู้หนังสือสามารถโยนเงินไปทางซ้ายและขวาเพื่อเอาใจผู้ชื่นชอบไสยศาสตร์และวิทยาศาสตร์เทียมอื่น ๆ นี่คือธุรกิจของพวกเขา

ผู้ที่ต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับงาน

ปืนต้านแรงโน้มถ่วง Podkletnov-Modanese

โครงการปืนใหญ่ต้านแรงโน้มถ่วง

เหยียบย่ำเพื่อนร่วมชาติที่สมจริง Podkletnov อย่างเต็มที่ ร่วมกับนักทฤษฎี Modanese เขาได้สร้างปืนต่อต้านแรงโน้มถ่วงโดยเปรียบเปรย

ในคำนำของสิ่งพิมพ์ Podkletnov เขียนดังต่อไปนี้: “ ฉันไม่ได้ตีพิมพ์งานเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงในภาษารัสเซียเพื่อไม่ให้เพื่อนร่วมงานและฝ่ายบริหารอยู่ในตำแหน่งที่ไม่สบายใจ ในประเทศของเรามีปัญหาอื่นมากพอ แต่วิทยาศาสตร์ไม่มีใครสนใจ คุณสามารถใช้ข้อความของสิ่งพิมพ์ของฉันได้อย่างอิสระในการแปลที่มีความสามารถ ...
โปรดอย่าเชื่อมโยงงานนี้กับจานบินและมนุษย์ต่างดาว ไม่ใช่เพราะมันไม่มีอยู่จริง แต่เพราะมันทำให้คุณยิ้มได้และไม่มีใครต้องการเงินทุนสำหรับโครงการตลกๆ งานของฉันเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงเป็นฟิสิกส์ที่จริงจังมากและดำเนินการทดลองอย่างระมัดระวัง .. เราดำเนินการโดยมีความเป็นไปได้ในการปรับเปลี่ยนสนามโน้มถ่วงในพื้นที่ตามทฤษฎีความผันผวนของพลังงานสุญญากาศและทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม».

ดังนั้นงานของ Podkletnov ซึ่งแตกต่างจากผู้รอบรู้ของรัสเซีย ดูเหมือนจะไม่ตลก เช่น กับ Boeing ซึ่งได้ทำการวิจัยอย่างกว้างขวางในหัวข้อ "ตลก" นี้

A. Podkletnov และ Modanese สร้างอุปกรณ์บางอย่างที่ให้คุณควบคุมแรงโน้มถ่วง แม่นยำยิ่งขึ้น - ต้านแรงโน้มถ่วง ... (มีรายงานบนเว็บไซต์ห้องปฏิบัติการ Los Alamos) " แรงกระตุ้นความโน้มถ่วงที่ควบคุมได้ "ช่วยให้คุณสามารถส่งผลกระทบในระยะสั้นกับวัตถุใด ๆ ในระยะทางหลายสิบและหลายร้อยกิโลเมตร ซึ่งทำให้สามารถสร้างระบบใหม่สำหรับการเคลื่อนที่ในอวกาศ ระบบสื่อสาร ฯลฯ". ในข้อความของบทความ เรื่องนี้ไม่โดดเด่น แต่คุณควรให้ความสนใจกับความจริงที่ว่าแรงกระตุ้นนี้ขับไล่มากกว่าที่จะดึงดูดวัตถุ เห็นได้ชัดว่าคำว่า "การป้องกันแรงโน้มถ่วง" ไม่เป็นที่ยอมรับในกรณีนี้ มีเพียงความจริงที่ว่า คำว่า "ต้านแรงโน้มถ่วง" เป็น "ข้อห้าม" สำหรับวิทยาศาสตร์บังคับให้ผู้เขียนหลีกเลี่ยงการใช้ในข้อความ

ที่ระยะห่างจากการติดตั้ง 6 ถึง 150 เมตร ในอาคารอื่นวัด

กระติกน้ำสูญญากาศพร้อมลูกตุ้ม

อุปกรณ์ที่เป็นลูกตุ้มธรรมดาในขวดสุญญากาศ

วัสดุต่าง ๆ ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างทรงกลมของลูกตุ้ม:โลหะ แก้ว เซรามิก ไม้ ยาง พลาสติก การติดตั้งถูกแยกออกจาก เครื่องมือวัดอยู่ที่ระยะ 6 ม. - กำแพงอิฐ 30 ซม. และเหล็กแผ่น 1x1.2x0.025 ม. ระบบวัดที่ระยะ 150 ม. ถูกล้อมรั้วเพิ่มเติมด้วยกำแพงอิฐหนา 0.8 ม. ในการทดลอง ใช้ลูกตุ้มไม่เกินห้าลูกซึ่งอยู่ในแนวเดียวกัน ประจักษ์พยานทั้งหมดของพวกเขาเหมือนกัน
ไมโครโฟนคอนเดนเซอร์ใช้เพื่อกำหนดลักษณะชีพจรโน้มถ่วง — โดยเฉพาะสเปกตรัมความถี่ ไมโครโฟนเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์และบรรจุในกล่องทรงกลมพลาสติกที่เต็มไปด้วยยางที่มีรูพรุน มันถูกวางไว้ตามแนวสายตาหลังกระบอกแก้วและมีความเป็นไปได้ที่ทิศทางที่แตกต่างกันไปในทิศทางของแกนปล่อย
แรงกระตุ้นกระตุ้นลูกตุ้มซึ่งสังเกตได้ด้วยสายตา เวลาหน่วงของการเริ่มต้นการแกว่งของลูกตุ้มนั้นสั้นมากและไม่มีการวัด จากนั้น การแกว่งตามธรรมชาติก็ค่อยๆ หายไป ในทางเทคนิค เป็นไปได้ที่จะเปรียบเทียบสัญญาณจากการคายประจุและการตอบสนองที่ได้รับจากไมโครโฟน ซึ่งมีพฤติกรรมทั่วไปของพัลส์ในอุดมคติ:
ควรสังเกตว่าไม่มีการตรวจพบสัญญาณนอกขอบเขต และปรากฏว่า "ลำแสงแรง" มีขอบเขตที่กำหนดไว้อย่างดี

การพึ่งพาความแรงของพัลส์ (มุมการโก่งตัวของลูกตุ้ม) ไม่เพียงพบในแรงดันการคายประจุเท่านั้น แต่ยังรวมถึงประเภทของอีซีแอลด้วย

อุณหภูมิของลูกตุ้มไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการทดลอง แรงที่กระทำต่อลูกตุ้มไม่ได้ขึ้นอยู่กับวัสดุและแปรผันตามมวลของตัวอย่างเท่านั้น (ในการทดลอง ตั้งแต่ 10 ถึง 50 กรัม) ลูกตุ้มที่มีมวลต่างกันแสดงการโก่งตัวเท่ากันที่แรงดันคงที่ ได้รับการพิสูจน์แล้ว จำนวนมากการวัด นอกจากนี้ยังพบความเบี่ยงเบนในความแรงของแรงกระตุ้นโน้มถ่วงภายในพื้นที่ฉายภาพของอีซีแอล (อีซีแอล) ผู้เขียนเชื่อมโยงความเบี่ยงเบนเหล่านี้ (มากถึง 12-15%) กับความไม่เท่าเทียมกันของอีซีแอลที่เป็นไปได้

การวัดพัลส์ในช่วง 3-6 ม., 150 ม. (และ 1200 ม.) จากการตั้งค่าการทดลองให้ผลลัพธ์ที่เหมือนกันภายในข้อผิดพลาดในการทดลอง เนื่องจากจุดวัดเหล่านี้ นอกจากอากาศแล้ว ยังถูกคั่นด้วยกำแพงอิฐหนา จึงสรุปได้ว่าแรงกระตุ้นของแรงโน้มถ่วงไม่ได้ถูกดูดซับโดยตัวกลาง (หรือการสูญเสียนั้นไม่มีนัยสำคัญ) พลังงานกล "ดูดซับ" โดยลูกตุ้มแต่ละลูกขึ้นอยู่กับแรงดันไฟที่ปล่อยออกมา การพิสูจน์ทางอ้อมว่าผลกระทบที่สังเกตพบมีลักษณะโน้มถ่วงคือข้อเท็จจริงที่กำหนดว่าไม่มีประสิทธิผลของการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า ด้วยผลกระทบจากแรงโน้มถ่วง ตามหลักการแล้ว ความเร่งของร่างกายใดๆ ก็ตามที่มีผลห่ามควรเป็นอิสระจากมวลกาย

ป.ล.

ฉันเป็นคนขี้ระแวงและฉันไม่เชื่อว่าสิ่งนี้เป็นไปได้เลย เป็นความจริงที่ว่ามีคำอธิบายที่ไร้สาระอย่างสมบูรณ์สำหรับปรากฏการณ์นี้ รวมถึงในวารสารฟิสิกส์ เช่น ความจริงที่ว่าพวกเขามีกล้ามเนื้อหลังที่พัฒนาแล้ว ทำไมไม่ก้น ?!

และดังนั้น: บริษัท โบอิ้งได้เปิดตัวการวิจัยอย่างกว้างขวางในหัวข้อ "ตลก" นี้ ... และตอนนี้มันตลกไหมที่คิดว่าใครบางคนจะมีอาวุธแรงโน้มถ่วงที่สามารถพูดได้ว่าเป็นแผ่นดินไหว .

แล้ววิทยาศาสตร์ล่ะ? ได้เวลาทำความเข้าใจแล้ว: วิทยาศาสตร์ไม่ได้ประดิษฐ์หรือค้นพบอะไรเลย ผู้คนค้นพบและประดิษฐ์ ค้นพบปรากฏการณ์ใหม่ ค้นพบรูปแบบใหม่ ๆ และนี่กลายเป็นวิทยาศาสตร์ไปแล้ว ซึ่งคนอื่น ๆ สามารถทำนายได้ แต่ภายในกรอบของแบบจำลองเหล่านั้นและเงื่อนไขเหล่านั้นซึ่งแบบจำลองแบบเปิดนั้นถูกต้องเท่านั้น แต่ไปไกลกว่านั้น แบบจำลองเหล่านี้วิทยาศาสตร์เองไม่สามารถทำได้

ตัวอย่างเช่น "ภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลก" ที่ดีกว่าคือภาพที่พวกเขาเริ่มใช้มากกว่าภาพที่พวกเขาเริ่มใช้ในภายหลัง? ใช่ ความสะดวกเท่านั้น แต่เกี่ยวอะไรกับความเป็นจริง? เหมือน! และหากคาร์โนต์ยืนยันขีดจำกัดของประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนโดยใช้แนวคิดเรื่องแคลอรี่ แล้ว “ภาพของโลก” นี้ก็ไม่ได้เลวร้ายไปกว่าภาพที่มันเป็นลูกบอล-โมเลกุลชนกับผนังกระบอกสูบ ทำไมรุ่นหนึ่งถึงดีกว่ารุ่นอื่น? ใช่ ไม่มีอะไร! แต่ละรุ่นมีความถูกต้องในบางแง่มุม ภายในขอบเขตบางประการ

ในวาระการประชุมมีคำถามสำหรับวิทยาศาสตร์: เพื่ออธิบายว่าโยคีนั่งบนตูดกระโดดครึ่งเมตรได้อย่างไร!

จีดี สตาร์ เรตติ้ง
ระบบการให้คะแนนของ WordPress

โลงศพของมโหฬาร 5.0 จาก 5 ขึ้นอยู่กับ 2 การให้คะแนน

เมื่อตัวนำยิ่งยวดถูกทำให้เย็นลงในสนามแม่เหล็กคงที่ภายนอก ในขณะที่เปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวด สนามแม่เหล็กจะถูกแทนที่โดยสมบูรณ์จากปริมาตรของมัน นี่คือลักษณะที่ตัวนำยิ่งยวดแตกต่างจากตัวนำในอุดมคติ ซึ่งเมื่อความต้านทานลดลงเหลือศูนย์ การเหนี่ยวนำ สนามแม่เหล็กในปริมาณที่ควรคงไว้ไม่เปลี่ยนแปลง

การไม่มีสนามแม่เหล็กในปริมาตรของตัวนำทำให้เราสามารถสรุปได้จากกฎทั่วไปของสนามแม่เหล็กที่มีเพียงกระแสพื้นผิวเท่านั้นที่มีอยู่ในนั้น มันเป็นของจริงดังนั้นจึงใช้ชั้นบาง ๆ ใกล้กับพื้นผิว สนามแม่เหล็กของกระแสจะทำลายสนามแม่เหล็กภายนอกภายในตัวนำยิ่งยวด ในแง่นี้ตัวนำยิ่งยวดมีพฤติกรรมเป็นทางการเหมือนไดอะแมกเน็ตในอุดมคติ อย่างไรก็ตาม มันไม่ใช่ไดอะแมกเน็ตเนื่องจากการสะกดจิตภายในนั้นเป็นศูนย์

เอฟเฟกต์ Meissner ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยการนำไฟฟ้าที่ไม่สิ้นสุดเพียงอย่างเดียว เป็นครั้งแรกที่พี่น้อง Fritz และ Heinz Londons อธิบายธรรมชาติของมันโดยใช้สมการลอนดอน พวกเขาแสดงให้เห็นว่าในตัวนำยิ่งยวดสนามแทรกซึมจากพื้นผิวถึงความลึกคงที่ - ความลึกการเจาะลอนดอนของสนามแม่เหล็ก λ (\ displaystyle \ แลมบ์ดา)... สำหรับโลหะ λ ∼ 10 - 2 (\ displaystyle \ lambda \ sim 10 ^ (- 2))ไมครอน

ตัวนำยิ่งยวด Type I และ II

สารบริสุทธิ์ที่สังเกตเห็นปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวดมีน้อย บ่อยครั้งที่ความเป็นตัวนำยิ่งยวดเกิดขึ้นในโลหะผสม สำหรับสารบริสุทธิ์ เอฟเฟกต์ Meissner เต็มรูปแบบจะเกิดขึ้น ในขณะที่สำหรับโลหะผสมจะไม่มีการขับสนามแม่เหล็กออกจากปริมาตรอย่างสมบูรณ์ (เอฟเฟกต์ Meissner บางส่วน) สารที่แสดงเอฟเฟกต์ Meissner เต็มรูปแบบเรียกว่าตัวนำยิ่งยวดประเภทแรกและบางส่วนเรียกว่าตัวนำยิ่งยวดประเภทที่สอง อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าในสนามแม่เหล็กต่ำตัวนำยิ่งยวดทุกประเภทมีผล Meissner เต็มรูปแบบ

ตัวนำยิ่งยวดประเภทที่สองมีกระแสเป็นวงกลมในปริมาตรที่สร้างสนามแม่เหล็กซึ่งไม่ได้เติมปริมาตรทั้งหมด แต่กระจายอยู่ในรูปแบบของเกลียวแต่ละเส้นของกระแสน้ำวนของ Abrikosov สำหรับความต้านทานนั้นมีค่าเท่ากับศูนย์เช่นเดียวกับในตัวนำยิ่งยวดประเภทที่ 1 แม้ว่าการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำวนภายใต้การกระทำของกระแสจะสร้างความต้านทานที่มีประสิทธิภาพในรูปแบบของการสูญเสียการกระจายต่อการเคลื่อนที่ของฟลักซ์แม่เหล็กภายในตัวนำยิ่งยวด ซึ่งหลีกเลี่ยงได้โดยการแนะนำข้อบกพร่องในโครงสร้างตัวนำยิ่งยวด - ศูนย์ตรึงซึ่ง vortices "เกาะติด"

"โลงศพของโมฮัมเหม็ด"

"โลงศพของมาโฮเมต" - การทดลองแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของไมส์เนอร์ในตัวนำยิ่งยวด

ที่มาของชื่อ

ตามตำนานเล่าว่า โลงศพของพระศาสดามูหะหมัดถูกแขวนในอวกาศโดยไม่มีการสนับสนุน ดังนั้นการทดลองนี้จึงเรียกว่า "โลงศพของมาโฮเมต"

การตั้งค่าประสบการณ์

ความเป็นตัวนำยิ่งยวดมีอยู่ที่อุณหภูมิต่ำเท่านั้น (ในเซรามิก HTSC - ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 150) ดังนั้น สารนี้จึงถูกทำให้เย็นลงก่อนหน้านี้ เช่น การใช้ไนโตรเจนเหลว ถัดไป แม่เหล็กจะถูกวางบนพื้นผิวของตัวนำยิ่งยวดระนาบ แม้แต่ในทุ่งนา

ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นครั้งแรกในปี 1933 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Meissner และ Ochsenfeld เอฟเฟกต์ Meissner ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์การกระจัดของสนามแม่เหล็กโดยสมบูรณ์จากวัสดุในระหว่างการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวด คำอธิบายของผลกระทบเกี่ยวข้องกับค่าศูนย์อย่างเคร่งครัดของความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำยิ่งยวด การแทรกซึมของสนามแม่เหล็กเข้าไปในตัวนำทั่วไปนั้นสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก ซึ่งในทางกลับกัน จะสร้าง EMF ของการเหนี่ยวนำและกระแสเหนี่ยวนำที่ป้องกันการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กแทรกซึมเข้าไปในตัวนำยิ่งยวดจนถึงระดับความลึก แทนที่สนามแม่เหล็กจากตัวนำยิ่งยวดด้วยค่าคงที่ เรียกว่าค่าคงที่ลอนดอน:

ข้าว. 3.17 แบบแผนของเอฟเฟกต์ Meissner

รูปแสดงเส้นสนามแม่เหล็กและการกระจัดของตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดวิกฤต

เมื่ออุณหภูมิผ่านค่าวิกฤต สนามแม่เหล็กในตัวนำยิ่งยวดจะเปลี่ยนอย่างรวดเร็ว ซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของพัลส์ EMF ในตัวเหนี่ยวนำ

ข้าว. 3.18 เซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ Meissner

ปรากฏการณ์นี้ใช้เพื่อวัดสนามแม่เหล็กที่อ่อนแอเป็นพิเศษเพื่อสร้าง ไครโอตรอน(สลับอุปกรณ์).

ข้าว. 3.19 การออกแบบและการกำหนดไครโอตรอน

โครงสร้าง cryotron ประกอบด้วยตัวนำยิ่งยวดสองตัว ขดลวดไนโอเบียมพันรอบตัวนำแทนทาลัม ซึ่งกระแสควบคุมไหลผ่าน ด้วยการเพิ่มขึ้นของกระแสควบคุมความแรงของสนามแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นและแทนทาลัมจะผ่านจากสถานะของความเป็นตัวนำยิ่งยวดไปสู่สภาวะปกติ ในกรณีนี้ค่าการนำไฟฟ้าของตัวนำแทนทาลัมจะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและกระแสไฟในวงจรจะหายไปในทางปฏิบัติ บนพื้นฐานของไครโอตรอนเช่นวาล์วควบคุมจะถูกสร้างขึ้น

แม่เหล็กลอยเหนือตัวนำยิ่งยวดที่ระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลว

เมสเนอร์เอฟเฟค- การกระจัดของสนามแม่เหล็กจากวัสดุอย่างสมบูรณ์ในระหว่างการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวด (หากการเหนี่ยวนำสนามไม่เกินค่าวิกฤต) ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นครั้งแรกในปี 1933 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Meissner และ Ochsenfeld

ความเป็นตัวนำยิ่งยวดเป็นคุณสมบัติของวัสดุบางชนิดที่จะมีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์อย่างเคร่งครัดเมื่อถึงอุณหภูมิต่ำกว่าค่าที่กำหนด (ความต้านทานไฟฟ้าไม่ได้เข้าใกล้ศูนย์ แต่จะหายไปอย่างสมบูรณ์) มีองค์ประกอบบริสุทธิ์ โลหะผสม และเซรามิกหลายสิบชนิดที่เข้าสู่สถานะตัวนำยิ่งยวด ความเป็นตัวนำยิ่งยวดไม่ได้เป็นเพียงการขาดความต้านทานเท่านั้น แต่ยังเป็นปฏิกิริยาที่แน่นอนต่อสนามแม่เหล็กภายนอกด้วย ผลกระทบของ Meissner คือสนามแม่เหล็กที่คงที่และไม่แรงเกินไปถูกผลักออกจากตัวอย่างตัวนำยิ่งยวด ในความหนาของตัวนำยิ่งยวด สนามแม่เหล็กจะลดลงเป็นศูนย์ สามารถเรียกได้ว่าเป็นตัวนำยิ่งยวดและแม่เหล็กเหมือนที่เคยเป็น คุณสมบัติตรงกันข้าม

ทฤษฎีของ Kent Hovind ชี้ให้เห็นว่าก่อนเกิดมหาอุทกภัย ดาวเคราะห์โลกถูกล้อมรอบด้วยชั้นน้ำขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยอนุภาคน้ำแข็งที่ลอยอยู่ในวงโคจรเหนือชั้นบรรยากาศผ่านปรากฏการณ์ไมส์เนอร์

เปลือกน้ำนี้ทำหน้าที่ป้องกันรังสีดวงอาทิตย์และกระจายความร้อนบนพื้นผิวโลกอย่างสม่ำเสมอ

ประสบการณ์เชิงภาพประกอบ

การทดลองที่น่าทึ่งมากซึ่งแสดงให้เห็นการปรากฏตัวของเอฟเฟกต์ Meissner ถูกนำเสนอในภาพถ่าย: แม่เหล็กถาวรลอยอยู่เหนือถ้วยตัวนำยิ่งยวด เป็นครั้งแรกที่นักฟิสิกส์โซเวียตทำการทดลอง V.K.Arkadiev ในปี 1945

ความเป็นตัวนำยิ่งยวดมีอยู่ที่อุณหภูมิต่ำเท่านั้น (เซรามิกตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงมีอยู่ที่อุณหภูมิ 150 K) ดังนั้น สารนี้จึงถูกทำให้เย็นลงก่อนหน้านี้ เช่น การใช้ไนโตรเจนเหลว ถัดไป แม่เหล็กจะถูกวางบนพื้นผิวของตัวนำยิ่งยวดระนาบ แม้แต่ในสนาม 0.001 T การกระจัดของแม่เหล็กขึ้นด้านบนด้วยระยะห่างของคำสั่งเซนติเมตรจะสังเกตเห็นได้ชัดเจน เมื่อสนามเพิ่มขึ้นจนถึงค่าวิกฤต แม่เหล็กจะสูงขึ้นเรื่อยๆ

คำอธิบาย

หนึ่งในคุณสมบัติของตัวนำยิ่งยวดประเภท II คือการผลักสนามแม่เหล็กออกจากบริเวณของเฟสตัวนำยิ่งยวด เมื่อผลักออกจากตัวนำยิ่งยวดที่อยู่กับที่ แม่เหล็กจะลอยขึ้นเองและยังคงลอยอยู่ต่อไปจนกว่าสภาวะภายนอกจะนำตัวนำยิ่งยวดออกจากเฟสตัวนำยิ่งยวด ผลของผลกระทบนี้ แม่เหล็กที่เข้าใกล้ตัวนำยิ่งยวดจะ "เห็น" แม่เหล็กที่มีขั้วตรงข้ามที่มีขนาดเท่ากันทุกประการ ซึ่งทำให้เกิดการลอยตัว

คุณสมบัติที่สำคัญยิ่งกว่าของตัวนำยิ่งยวดมากกว่าความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์คือสิ่งที่เรียกว่าเอฟเฟกต์ Meissner ซึ่งแทนที่สนามแม่เหล็กคงที่จากตัวนำยิ่งยวด จากการสังเกตการทดลองนี้ สรุปได้ว่ามีกระแสคงอยู่ภายในตัวนำยิ่งยวด ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กภายในตรงข้ามและชดเชยสนามแม่เหล็กที่ใช้ภายนอก

สนามแม่เหล็กที่มีความแรงเพียงพอที่อุณหภูมิที่กำหนดจะทำลายสถานะตัวนำยิ่งยวดของสสาร สนามแม่เหล็กที่มีความเข้ม H c ซึ่งที่อุณหภูมิที่กำหนดทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสารจากสถานะตัวนำยิ่งยวดไปเป็นสภาวะปกติ เรียกว่าสนามวิกฤต เมื่ออุณหภูมิของตัวนำยิ่งยวดลดลง ค่าของ Н c จะเพิ่มขึ้น การพึ่งพาอุณหภูมิของสนามวิกฤตอธิบายไว้ด้วยความแม่นยำที่ดีโดยนิพจน์

สนามวิกฤตที่อุณหภูมิศูนย์อยู่ที่ไหน ตัวนำยิ่งยวดจะหายไปเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำยิ่งยวดที่มีความหนาแน่นมากกว่าตัวนำยิ่งยวด เนื่องจากจะสร้างสนามแม่เหล็กที่มากกว่าจุดวิกฤต

การทำลายสถานะตัวนำยิ่งยวดภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กจะแตกต่างกันสำหรับตัวนำยิ่งยวดประเภท I และประเภท II สำหรับตัวนำยิ่งยวดประเภท II มีค่าสนามวิกฤต 2 ค่า: H c1 ซึ่งสนามแม่เหล็กแทรกซึมเข้าไปในตัวนำยิ่งยวดในรูปแบบของกระแสน้ำวน Abrikosov และ H c2 ซึ่งความเป็นตัวนำยิ่งยวดหายไป

ไอโซโทปเอฟเฟค

ผลกระทบของไอโซโทปในตัวนำยิ่งยวดคืออุณหภูมิ T c เป็นสัดส่วนผกผันกับรากที่สองของมวลอะตอมของไอโซโทปของธาตุตัวนำยิ่งยวดเดียวกัน เป็นผลให้การเตรียมโมโนไอโซโทปแตกต่างกันบ้างในอุณหภูมิวิกฤตจากส่วนผสมจากธรรมชาติและจากกัน

ช่วงเวลาลอนดอน

ตัวนำยิ่งยวดที่หมุนได้จะสร้างสนามแม่เหล็กที่สอดคล้องกับแกนของการหมุนอย่างแม่นยำ ซึ่งโมเมนต์แม่เหล็กที่ได้นั้นเรียกว่า "โมเมนต์ลอนดอน" โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันถูกใช้ในดาวเทียมวิทยาศาสตร์ "Gravity Probe B" ซึ่งวัดสนามแม่เหล็กของไจโรสโคปตัวนำยิ่งยวดสี่ตัวเพื่อกำหนดแกนการหมุน เนื่องจากทรงกลมที่ราบเรียบเกือบสมบูรณ์แบบทำหน้าที่เป็นไจโรโรเตอร์ การใช้โมเมนตัมของลอนดอนจึงเป็นหนึ่งในไม่กี่วิธีในการกำหนดแกนการหมุนของพวกมัน

แอปพลิเคชั่นตัวนำยิ่งยวด

มีความก้าวหน้าอย่างมากในการได้รับตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง บนพื้นฐานของเซอร์เมตเช่นองค์ประกอบ YBa 2 Cu 3 O x ได้รับสารซึ่งอุณหภูมิ T c ของการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวดเกิน 77 K (อุณหภูมิของการทำให้เหลวของไนโตรเจน) น่าเสียดายที่ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงเกือบทั้งหมดไม่มีความเป็นไปได้ทางเทคโนโลยี (เปราะบางไม่มีความเสถียรของคุณสมบัติ ฯลฯ ) ด้วยเหตุนี้เทคโนโลยีตัวนำยิ่งยวดที่ใช้โลหะผสมไนโอเบียมจึงยังคงใช้เป็นหลัก

ปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวดใช้เพื่อให้ได้สนามแม่เหล็กแรงสูง (เช่น ในไซโคลตรอน) เนื่องจากไม่มีการสูญเสียความร้อนเมื่อกระแสน้ำแรงไหลผ่านตัวนำยิ่งยวด ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กแรงสูง อย่างไรก็ตามเนื่องจากสนามแม่เหล็กทำลายสถานะของตัวนำยิ่งยวดเพื่อให้ได้สนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งซึ่งเรียกว่า ตัวนำยิ่งยวดประเภท II ซึ่งสามารถอยู่ร่วมกันของตัวนำยิ่งยวดและสนามแม่เหล็กได้ ในตัวนำยิ่งยวดดังกล่าว สนามแม่เหล็กทำให้เกิดลักษณะของเส้นใยบาง ๆ ของโลหะปกติที่เจาะตัวอย่าง ซึ่งแต่ละอันมีควอนตัมของฟลักซ์แม่เหล็ก (กระแสน้ำวน Abrikosov) สารระหว่างเส้นใยยังคงเป็นตัวนำยิ่งยวด เนื่องจากไม่มีเอฟเฟกต์ Meissner ที่สมบูรณ์ในตัวนำยิ่งยวดประเภท II ตัวนำยิ่งยวดจึงมีค่าของสนามแม่เหล็กสูงกว่ามาก H c 2 ในเทคโนโลยี ตัวนำยิ่งยวดต่อไปนี้ส่วนใหญ่จะใช้:

มีเครื่องตรวจจับโฟตอนบนตัวนำยิ่งยวด บางคนใช้การปรากฏตัวของกระแสวิกฤตยังใช้เอฟเฟกต์โจเซฟสัน, การสะท้อนของ Andreev เป็นต้น ...

ลักษณะเปรียบเทียบของเครื่องตรวจจับอินฟราเรดทั่วไป ไม่ได้พิจารณาจากคุณสมบัติของตัวนำยิ่งยวด (สี่ตัวแรก) เช่นเดียวกับตัวตรวจจับตัวนำยิ่งยวด (สามตัวสุดท้าย):

ประเภทเครื่องตรวจจับ	อัตราการนับสูงสุด s −1	ประสิทธิภาพควอนตัม%	, ค −1	NEP W
InGaAs PFD5W1KSF APS (ฟูจิตสึ)
R5509-43 PMT (ฮามามัตสึ)
Si APD SPCM-AQR-16 (EG \ & G)
เมปซิครอน-II (ควอนตาร์)
			น้อยกว่า 1 · 10 -3	น้อยกว่า 1 · 10 -19
			น้อยกว่า 1 · 10 -3

กระแสน้ำวนในตัวนำยิ่งยวดประเภท II สามารถใช้เป็นเซลล์หน่วยความจำได้ โซลิตันแม่เหล็กบางตัวพบแอปพลิเคชั่นที่คล้ายกันแล้ว นอกจากนี้ยังมีโซลิตันแม่เหล็กสองและสามมิติที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งชวนให้นึกถึง vortices ในของเหลว มีเพียงบทบาทของความคล่องตัวในพวกมันเท่านั้นที่เล่นโดยเส้นที่สร้างแม่เหล็กพื้นฐาน (โดเมน)

การขาดการสูญเสียความร้อนระหว่างกระแสตรงผ่านตัวนำยิ่งยวดทำให้การใช้สายเคเบิลตัวนำยิ่งยวดสำหรับการส่งกระแสไฟฟ้านั้นน่าสนใจเนื่องจากสายเคเบิลใต้ดินบางเส้นสามารถส่งพลังงานได้ซึ่งในวิธีการดั้งเดิมนั้นต้องมีการสร้าง วงจรสายไฟที่มีสายเคเบิลหลายเส้นที่มีความหนามากกว่ามาก ปัญหาที่ขัดขวางการใช้งานอย่างแพร่หลายคือต้นทุนของสายเคเบิลและการบำรุงรักษา - ไนโตรเจนเหลวจะต้องถูกสูบอย่างต่อเนื่องผ่านสายตัวนำยิ่งยวด สายไฟตัวนำยิ่งยวดเชิงพาณิชย์สายแรกได้รับมอบหมายจาก American Superconductor ที่ลองไอส์แลนด์ รัฐนิวยอร์ก เมื่อปลายเดือนมิถุนายน 2551 ระบบไฟฟ้าของเกาหลีใต้มีกำหนดจะสร้างสายส่งตัวนำยิ่งยวด 3,000 กม. ภายในปี 2558

พบการใช้งานที่สำคัญสำหรับอุปกรณ์วงแหวนตัวนำยิ่งยวดขนาดเล็ก - ปลาหมึกซึ่งการกระทำนั้นขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อระหว่างการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กและแรงดันไฟฟ้า พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องวัดสนามแม่เหล็กที่มีความไวสูงซึ่งวัดสนามแม่เหล็กของโลก และยังใช้ในทางการแพทย์เพื่อให้ได้มาตรแม่เหล็กของอวัยวะต่างๆ

ตัวนำยิ่งยวดยังใช้ใน maglev

ปรากฏการณ์ของการพึ่งพาอุณหภูมิของการเปลี่ยนแปลงไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวดตามขนาดของสนามแม่เหล็กนั้นใช้ในความต้านทานที่ควบคุมด้วยไครโอตรอน

ความต้านทานเป็นศูนย์ไม่ได้เป็นเพียงคุณสมบัติเฉพาะของตัวนำยิ่งยวด ความแตกต่างที่สำคัญอย่างหนึ่งระหว่างตัวนำยิ่งยวดและตัวนำในอุดมคติคือเอฟเฟกต์ Meissner ซึ่งค้นพบโดย Walter Meissner และ Robert Ochsenfeld ในปี 1933

เอฟเฟกต์ Meissner ประกอบด้วย "การผลัก" สนามแม่เหล็กออกจากส่วนของพื้นที่ที่ตัวนำยิ่งยวดครอบครอง สาเหตุนี้เกิดจากการมีอยู่ของกระแสคงที่ภายในตัวนำยิ่งยวด ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กภายในตรงข้ามและชดเชยสนามแม่เหล็กภายนอกที่ใช้

เมื่อตัวนำยิ่งยวดถูกทำให้เย็นลงในสนามแม่เหล็กคงที่ภายนอก ในขณะที่เปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวด สนามแม่เหล็กจะถูกแทนที่โดยสมบูรณ์จากปริมาตรของมัน นี่คือลักษณะที่ตัวนำยิ่งยวดแตกต่างจากตัวนำในอุดมคติ ซึ่งเมื่อความต้านทานลดลงเหลือศูนย์ การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กในปริมาตรจะต้องไม่เปลี่ยนแปลง

การไม่มีสนามแม่เหล็กในปริมาตรของตัวนำทำให้เราสามารถสรุปได้จากกฎทั่วไปของสนามแม่เหล็กที่มีเพียงกระแสพื้นผิวเท่านั้นที่มีอยู่ในนั้น มันเป็นของจริงดังนั้นจึงใช้ชั้นบาง ๆ ใกล้กับพื้นผิว สนามแม่เหล็กของกระแสจะทำลายสนามแม่เหล็กภายนอกภายในตัวนำยิ่งยวด ในแง่นี้ตัวนำยิ่งยวดมีพฤติกรรมเป็นทางการเหมือนไดอะแมกเน็ตในอุดมคติ อย่างไรก็ตาม มันไม่ใช่ไดอะแมกเน็ต เนื่องจาก ข้างในนั้นการสะกดจิตเป็นศูนย์

เอฟเฟกต์ Meissner ได้รับการอธิบายครั้งแรกโดยพี่น้อง Fritz และ Heinz London พวกเขาแสดงให้เห็นว่าในตัวนำยิ่งยวดสนามแม่เหล็กทะลุความลึกคงที่จากพื้นผิว - ความลึกการเจาะลอนดอนของสนามแม่เหล็ก λ ... สำหรับโลหะ l ~ 10 -2 μm.

สารบริสุทธิ์ที่สังเกตเห็นปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวดมีน้อย บ่อยครั้งที่ความเป็นตัวนำยิ่งยวดเกิดขึ้นในโลหะผสม สำหรับสารบริสุทธิ์ เอฟเฟกต์ Meissner เต็มรูปแบบจะเกิดขึ้น ในขณะที่สำหรับโลหะผสมจะไม่มีการขับสนามแม่เหล็กออกจากปริมาตรอย่างสมบูรณ์ (เอฟเฟกต์ Meissner บางส่วน) สารที่แสดงผล Meissner เต็มรูปแบบเรียกว่า ตัวนำยิ่งยวดชนิดแรก และบางส่วน - ตัวนำยิ่งยวดชนิดที่สอง .

ตัวนำยิ่งยวดประเภทที่สองมีกระแสเป็นวงกลมในปริมาตรที่สร้างสนามแม่เหล็กซึ่งไม่ได้เติมปริมาตรทั้งหมด แต่กระจายอยู่ในรูปของเส้นใยที่แยกจากกัน สำหรับความต้านทานจะเท่ากับศูนย์เช่นเดียวกับตัวนำยิ่งยวดประเภทที่ 1

การเปลี่ยนผ่านของสารไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวดจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางความร้อน อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของตัวนำยิ่งยวดที่เป็นปัญหา ดังนั้นสำหรับตัวนำยิ่งยวดที่ไม่มีสนามแม่เหล็กที่อุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง ที ซีความร้อนของการเปลี่ยนแปลง (การดูดซึมหรือการปล่อย) จะหายไป ดังนั้นความจุความร้อนจึงเกิดการกระโดด ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของการเปลี่ยนเฟสของชนิด เมื่อเปลี่ยนจากสถานะตัวนำยิ่งยวดเป็นสถานะปกติโดยการเปลี่ยนสนามแม่เหล็กที่ใช้ ความร้อนจะต้องถูกดูดซับ (ตัวอย่างเช่น หากตัวอย่างมีฉนวนความร้อน อุณหภูมิจะลดลง) และสิ่งนี้สอดคล้องกับการเปลี่ยนเฟสของประเภท สำหรับตัวนำยิ่งยวดประเภทนี้ การเปลี่ยนจากตัวนำยิ่งยวดไปเป็นสภาวะปกติภายใต้สภาวะใดๆ จะเป็นการเปลี่ยนเฟสของชนิด

ปรากฏการณ์การผลักออกจากสนามแม่เหล็กสามารถสังเกตได้ในการทดลองที่เรียกว่า "โลงศพของมาโฮเมต" หากวางแม่เหล็กไว้บนพื้นผิวของตัวนำยิ่งยวดแบบแบน ก็สามารถสังเกตการลอยตัวได้ - แม่เหล็กจะห้อยลงมาจากพื้นผิวในระยะหนึ่งโดยไม่ต้องสัมผัสมัน แม้แต่ในสนามที่มีการเหนี่ยวนำของคำสั่ง 0.001 T การกระจัดของแม่เหล็กขึ้นด้านบนโดยระยะห่างของคำสั่งของเซนติเมตรจะสังเกตเห็นได้ชัดเจน เนื่องจากสนามแม่เหล็กถูกผลักออกจากตัวนำยิ่งยวด ดังนั้นแม่เหล็กที่เข้าใกล้ตัวนำยิ่งยวดจะ "เห็น" แม่เหล็กที่มีขั้วเดียวกันและมีขนาดเท่ากันทุกประการ ซึ่งจะทำให้เกิดการลอยตัว

ชื่อของการทดลองนี้ - "โลงศพของโมฮัมเหม็ด" - มีความเกี่ยวข้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าโลงศพที่มีร่างของศาสดาโมฮัมเหม็ดถูกแขวนไว้ในอวกาศโดยไม่มีการสนับสนุนตามตำนาน

คำอธิบายเชิงทฤษฎีครั้งแรกสำหรับตัวนำยิ่งยวดได้รับในปี 1935 โดย Fritz และ Heinz London ทฤษฎีทั่วไปมากขึ้นได้รับการพัฒนาในปี 1950 โดย L.D. รถม้าและ V.L. กินซ์เบิร์ก เป็นที่แพร่หลายและเป็นที่รู้จักในชื่อทฤษฎี Ginzburg-Landau อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีเหล่านี้เป็นปรากฏการณ์ทางปรากฏการณ์ และไม่ได้เปิดเผยกลไกโดยละเอียดของความเป็นตัวนำยิ่งยวด เป็นครั้งแรกที่มีการอธิบายความเป็นตัวนำยิ่งยวดในระดับจุลภาคในปี 1957 ในผลงานของนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน John Bardeen, Leon Cooper และ John Schrieffer องค์ประกอบหลักของทฤษฎีที่เรียกว่าทฤษฎี BCS คือคู่อิเล็กตรอนที่เรียกว่าคูเปอร์

การเคลื่อนที่ที่วุ่นวายของอะตอมของตัวนำทำให้กระแสไฟฟ้าไม่ไหลผ่าน ความต้านทานของตัวนำจะลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลง เมื่ออุณหภูมิตัวนำลดลงอีกจะสังเกตเห็นความต้านทานลดลงอย่างสมบูรณ์และปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวด

ที่อุณหภูมิหนึ่ง (ใกล้ 0 oK) ความต้านทานของตัวนำจะลดลงอย่างรวดเร็วเป็นศูนย์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าตัวนำยิ่งยวด อย่างไรก็ตามในตัวนำยิ่งยวดยังสังเกตเห็นปรากฏการณ์อื่น - เอฟเฟกต์ Meissner ตัวนำยิ่งยวดตรวจพบ ทรัพย์สินที่ผิดปกติ... สนามแม่เหล็กถูกแทนที่โดยสมบูรณ์จากปริมาตรของตัวนำยิ่งยวด

การกระจัดของสนามแม่เหล็กโดยตัวนำยิ่งยวด

ตัวนำในสถานะตัวนำยิ่งยวดซึ่งแตกต่างจากตัวนำในอุดมคติจะมีพฤติกรรมเหมือนไดอะแมกเน็ต สนามแม่เหล็กภายนอกถูกแทนที่จากปริมาตรของตัวนำยิ่งยวด จากนั้นหากคุณวางแม่เหล็กไว้เหนือตัวนำยิ่งยวด แม่เหล็กจะลอยอยู่ในอากาศ

การปรากฏตัวของเอฟเฟกต์นี้เกิดจากความจริงที่ว่าเมื่อมีการนำตัวนำยิ่งยวดเข้าสู่สนามแม่เหล็กกระแสน้ำวนของการเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นในนั้นสนามแม่เหล็กที่ชดเชยสนามภายนอกอย่างสมบูรณ์ (เช่นเดียวกับในไดอะแมกเน็ตใด ๆ ) แต่สนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำเองก็สร้างกระแสน้ำวนด้วย ซึ่งทิศทางตรงข้ามกับกระแสเหนี่ยวนำในทิศทางและมีขนาดเท่ากัน เป็นผลให้ทั้งสนามแม่เหล็กและกระแสหายไปในกลุ่มของตัวนำยิ่งยวด ปริมาตรของตัวนำยิ่งยวดถูกคัดกรองโดยชั้นผิวบาง - ชั้นผิวหนัง - จนถึงความหนาที่สนามแม่เหล็ก (ตามลำดับ 10-7-10-8 ม.) แทรกซึมและชดเชย

แต่- ตัวนำปกติที่มีความต้านทานไม่เป็นศูนย์ที่อุณหภูมิใด ๆ (1) ถูกนำเข้าสู่สนามแม่เหล็ก ตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า กระแสที่เกิดขึ้นซึ่งต้านทานการแทรกซึมของสนามแม่เหล็กเข้าไปในโลหะ (2) อย่างไรก็ตาม หากความต้านทานไม่เป็นศูนย์ ความต้านทานก็จะสลายตัวอย่างรวดเร็ว สนามแม่เหล็กแทรกซึมตัวอย่างโลหะธรรมดาและเกือบจะสม่ำเสมอ (3);

NS- จากสภาวะปกติที่อุณหภูมิสูงกว่า NS c มีสองวิธี: วิธีแรก: เมื่ออุณหภูมิลดลง ตัวอย่างจะเข้าสู่สถานะตัวนำยิ่งยวด จากนั้นจึงสามารถใช้สนามแม่เหล็กซึ่งจะถูกผลักออกจากตัวอย่าง ประการที่สอง: ขั้นแรก ใช้สนามแม่เหล็กที่จะเจาะเข้าไปในตัวอย่าง แล้วลดอุณหภูมิ จากนั้นระหว่างการเปลี่ยนภาพ สนามจะถูกผลักออก การปิดสนามแม่เหล็กให้ภาพเดียวกัน

ใน- ถ้าไม่ใช่เพราะเอฟเฟกต์ Meissner ตัวนำจะมีพฤติกรรมแตกต่างออกไปโดยไม่มีการต่อต้าน เมื่อเปลี่ยนเป็นสถานะที่ไม่มีความต้านทานในสนามแม่เหล็ก มันจะเก็บสนามแม่เหล็กไว้และจะคงไว้แม้เมื่อสนามแม่เหล็กภายนอกถูกเอาออกไป แม่เหล็กดังกล่าวสามารถล้างอำนาจแม่เหล็กได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิเท่านั้น อย่างไรก็ตาม พฤติกรรมนี้ไม่ได้ถูกสังเกตจากการทดลอง

ในปี 1933 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Walter Fritz Meissner ร่วมกับ Robert Ochsenfeld เพื่อนร่วมงานของเขาได้ค้นพบผลกระทบซึ่งต่อมาได้รับการตั้งชื่อตามเขา ผลกระทบของ Meissner คือในระหว่างการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวด มีการกระจัดของสนามแม่เหล็กโดยสมบูรณ์จากปริมาตรของตัวนำ สิ่งนี้สามารถสังเกตได้อย่างชัดเจนด้วยความช่วยเหลือของการทดลองซึ่งได้รับการตั้งชื่อว่า "โลงศพของโมฮัมเหม็ด" (ตามตำนานเล่าว่าโลงศพของผู้เผยพระวจนะมุสลิมโมฮัมเหม็ดถูกแขวนในอากาศโดยไม่มีการสนับสนุนทางกายภาพ) ในบทความนี้ เราจะพูดถึง Meissner Effect และการใช้งานจริงในอนาคตและปัจจุบัน

ในปี 1911 Heike Kamerling-Onnes ได้ค้นพบที่สำคัญ - ความเป็นตัวนำยิ่งยวด เขาพิสูจน์ว่าถ้าคุณทำให้สารบางอย่างเย็นลงที่อุณหภูมิ 20 K พวกมันจะไม่แสดงความต้านทานต่อกระแสไฟฟ้า อุณหภูมิต่ำ "สงบลง" การสั่นสะเทือนแบบสุ่มของอะตอมและไฟฟ้าจะไม่ถูกต้านทาน

หลังจากการค้นพบนี้ เผ่าพันธุ์จริงเริ่มค้นหาสารที่ไม่สามารถต้านทานได้หากปราศจากความเย็น เช่น ที่อุณหภูมิห้องปกติ ตัวนำยิ่งยวดดังกล่าวจะสามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้ในระยะทางมหึมา ความจริงก็คือสายไฟทั่วไปสูญเสียกระแสไฟฟ้าจำนวนมากเพียงเพราะความต้านทาน ในระหว่างนี้ นักฟิสิกส์กำลังทำการทดลองโดยการทำให้ตัวนำยิ่งยวดเย็นลง และหนึ่งในการทดลองที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือการสาธิต Meissner Effect บนเน็ต คุณจะพบวิดีโอจำนวนมากที่แสดงเอฟเฟกต์นี้ เราได้โพสต์หนึ่งที่แสดงสิ่งนี้ได้ดีที่สุด

เพื่อแสดงการทดลองการลอยตัวของแม่เหล็กเหนือตัวนำยิ่งยวด จำเป็นต้องใช้เซรามิกตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงและแม่เหล็ก เซรามิกถูกทำให้เย็นด้วยไนโตรเจนจนถึงระดับตัวนำยิ่งยวด กระแสไฟฟ้าเชื่อมต่อกับมันและวางแม่เหล็กไว้ด้านบน ในสนาม 0.001 T แม่เหล็กจะเลื่อนขึ้นด้านบนและลอยเหนือตัวนำยิ่งยวด

ผลกระทบอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าในระหว่างการเปลี่ยนสารเป็นตัวนำยิ่งยวด สนามแม่เหล็กจะถูกผลักออกจากปริมาตร

สามารถใช้เอฟเฟกต์ Meissner ในทางปฏิบัติได้อย่างไร? ผู้อ่านเว็บไซต์นี้อาจเคยเห็นภาพยนตร์นิยายวิทยาศาสตร์หลายเรื่องที่มีรถยนต์จอดอยู่บนถนน หากเป็นไปได้ที่จะประดิษฐ์สารที่จะเปลี่ยนเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิไม่ต่ำกว่า +30 มันก็จะไม่ใช่จินตนาการอีกต่อไป

แต่แล้วรถไฟหัวกระสุนที่ลอยอยู่เหนือทางรถไฟล่ะ ใช่ พวกมันมีอยู่แล้ว แต่ต่างจาก Meissner Effect ตรงที่มีกฎฟิสิกส์อื่นๆ ในที่ทำงาน นั่นคือแรงผลักของด้านเดียวของแม่เหล็ก น่าเสียดายที่แม่เหล็กที่มีราคาสูงไม่อนุญาตให้ใช้เทคโนโลยีนี้อย่างแพร่หลาย ด้วยการประดิษฐ์ตัวนำยิ่งยวดที่ไม่จำเป็นต้องระบายความร้อนด้วยรถยนต์ที่บินได้จะกลายเป็นความจริง

ในระหว่างนี้ นักมายากลได้นำเอฟเฟกต์ Meissner มาใช้ เราได้ค้นพบความคิดเห็นเหล่านี้ทางเน็ตสำหรับคุณ คณะ "Exos" แสดงกลอุบายของพวกเขา ไม่มีเวทย์มนตร์ มีแต่ฟิสิกส์

ปรากฏการณ์ควอนตัมลึกลับยังคงสร้างความประหลาดใจให้กับนักวิจัยด้วยพฤติกรรมที่ไม่สามารถจินตนาการได้ ก่อนหน้านี้เราพูดถึง วันนี้เราจะพิจารณาปรากฏการณ์ทางกลควอนตัมอีกอย่างหนึ่ง - การนำยิ่งยวด

ตัวนำยิ่งยวดคืออะไร? ความเป็นตัวนำยิ่งยวดเป็นปรากฏการณ์ควอนตัมของการไหลของกระแสไฟฟ้าในของแข็งที่ไม่มีการสูญเสีย นั่นคือ ความต้านทานไฟฟ้าของร่างกายเป็นศูนย์อย่างเคร่งครัด

ด้วยการนำแนวคิดเช่น "ศูนย์สัมบูรณ์" มาใช้ในวิชาฟิสิกส์ นักวิทยาศาสตร์เริ่มศึกษาคุณสมบัติของสารที่อุณหภูมิต่ำมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อไม่มีการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในทางปฏิบัติ การบรรลุอุณหภูมิต่ำต้องใช้กระบวนการเช่น "การทำให้เป็นของเหลวของแก๊ส" ในระหว่างการระเหย ก๊าซดังกล่าวจะใช้พลังงานจากร่างกายที่แช่อยู่ในก๊าซนี้ เนื่องจากพลังงานจำเป็นต้องแยกโมเลกุลออกจากของเหลว กระบวนการที่คล้ายกันเกิดขึ้นในตู้เย็นในครัวเรือนโดยที่ฟรีออนก๊าซเหลวระเหยในช่องแช่แข็ง

ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 - ต้นศตวรรษที่ 20 ได้รับก๊าซเหลวเช่นออกซิเจนไนโตรเจนไฮโดรเจนแล้ว เป็นเวลานานที่ฮีเลียมไม่ยอมให้กลายเป็นของเหลว และคาดว่าฮีเลียมจะช่วยให้มีอุณหภูมิต่ำสุดได้

Heike Kamerling-Onnes นักฟิสิกส์ชาวดัตช์ประสบความสำเร็จในการทำให้เป็นของเหลวในปี 1908 ซึ่งทำงานที่ Leiden University (เนเธอร์แลนด์) ฮีเลียมเหลวทำให้สามารถไปถึงอุณหภูมิต่ำเป็นประวัติการณ์ - ประมาณ 4 K หลังจากได้รับฮีเลียมเหลวแล้วนักวิทยาศาสตร์ก็เริ่มศึกษาคุณสมบัติ วัสดุต่างๆที่อุณหภูมิฮีเลียม

ประวัติการค้นพบ

ประเด็นหนึ่งที่ Kamerling-Onnes ให้ความสนใจคือการศึกษาความต้านทานของโลหะที่อุณหภูมิต่ำมาก เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าความต้านทานไฟฟ้าก็เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเช่นกัน ดังนั้นจึงสามารถคาดหมายได้ว่าจะเห็นผลกระทบที่ตรงกันข้ามกับอุณหภูมิที่ลดลง

การทดลองกับปรอทในปี พ.ศ. 2454 นักวิทยาศาสตร์ได้นำไปแช่แข็งและลดอุณหภูมิลงอย่างต่อเนื่อง เมื่อถึง 4.2 K อุปกรณ์จะหยุดบันทึกความต้านทาน Onnes ได้เปลี่ยนอุปกรณ์ในศูนย์วิจัยเพราะเขากลัวว่าอุปกรณ์เหล่านี้จะทำงานผิดพลาด แต่อุปกรณ์ดังกล่าวมีความต้านทานเป็นศูนย์อย่างสม่ำเสมอ แม้ว่าจะมี 4 K เหลือเป็นศูนย์สัมบูรณ์ก็ตาม

หลังจากการค้นพบตัวนำยิ่งยวด ปรอทก็เกิดขึ้น จำนวนมากของคำถาม. ในหมู่พวกเขา: "ความเป็นตัวนำยิ่งยวดมีอยู่ในสารอื่นนอกเหนือจากปรอทหรือไม่" หรือ “ความต้านทานลดลงเหลือศูนย์หรือมีขนาดเล็กจนอุปกรณ์ที่มีอยู่ไม่สามารถวัดได้

Onnes เสนอการศึกษาดั้งเดิมด้วยการวัดทางอ้อมว่าแนวต้านตกอยู่ที่ระดับใด กระแสไฟฟ้าที่ตื่นเต้นในวงจรเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งวัดจากการเบี่ยงเบนของเข็มแม่เหล็กนั้นไม่ตายไปหลายปี จากผลการทดลองนี้ ค่าความต้านทานไฟฟ้าที่คำนวณได้ของตัวนำยิ่งยวดคือ 10-25 โอห์ม เมื่อเปรียบเทียบกับความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะของทองแดง (1.5۰10−8 Ohm.m) ค่านี้จะมีขนาดต่ำกว่า 7 คำสั่ง ซึ่งทำให้เกือบเป็นศูนย์

เมสเนอร์เอฟเฟค

นอกจากความเป็นตัวนำยิ่งยวด ตัวนำยิ่งยวดยังมีอีกหนึ่งตัว จุดเด่นกล่าวคือเอฟเฟกต์ Meissner นี่คือปรากฏการณ์การสลายตัวอย่างรวดเร็วของสนามแม่เหล็กในตัวนำยิ่งยวด ตัวนำยิ่งยวดคือไดอะแมกเน็ต กล่าวคือ กระแสขนาดใหญ่ถูกเหนี่ยวนำในสนามแม่เหล็กในตัวนำยิ่งยวด ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กของตัวเอง ซึ่งจะชดเชยสนามแม่เหล็กภายนอกอย่างสมบูรณ์

เอฟเฟกต์ Meissner จะหายไปในสนามแม่เหล็กแรงสูง ขึ้นอยู่กับประเภทของตัวนำยิ่งยวด (เพิ่มเติมในเรื่องนี้ในภายหลัง) สถานะตัวนำยิ่งยวดจะหายไปอย่างสมบูรณ์ (ตัวนำยิ่งยวดประเภท I) หรือตัวนำยิ่งยวดแบ่งออกเป็นบริเวณปกติและบริเวณตัวนำยิ่งยวด (ประเภท II) ผลกระทบนี้สามารถอธิบายการลอยตัวของตัวนำยิ่งยวดเหนือแม่เหล็กแรงสูง หรือแม่เหล็กเหนือตัวนำยิ่งยวด

คำอธิบายทางทฤษฎีของผลกระทบของตัวนำยิ่งยวด

วิธีการทางปรากฏการณ์วิทยา แม้ว่า Kamerlingh Onnes เป็นผู้ค้นพบตัวนำยิ่งยวด แต่ทฤษฎีแรกของการนำยิ่งยวดถูกเสนอครั้งแรกในปี 1935 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันและพี่น้อง Fritz และ Heinz London นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามบันทึกคุณสมบัติทางคณิตศาสตร์ของตัวนำยิ่งยวดว่าเป็นตัวนำยิ่งยวดและเอฟเฟกต์ Meissner โดยไม่ต้องเจาะลึกถึงสาเหตุของความเป็นตัวนำยิ่งยวดด้วยกล้องจุลทรรศน์ สมการที่ได้รับทำให้สามารถอธิบายผลกระทบของ Meissner ในลักษณะที่สนามแม่เหล็กภายนอกสามารถเจาะเข้าไปในตัวนำยิ่งยวดได้ในระดับความลึกหนึ่งเท่านั้น ขึ้นอยู่กับความลึกของการเจาะที่เรียกว่าลอนดอน เพื่ออธิบายความเป็นตัวนำยิ่งยวด ข้อสันนิษฐานว่าตัวนำของกระแสในตัวนำยิ่งยวดเช่นเดียวกับในโลหะคืออิเล็กตรอน ในเวลาเดียวกัน ความต้านทานเป็นศูนย์หมายความว่าอิเล็กตรอนจะไม่มีการชนกันระหว่างการเคลื่อนที่ เนื่องจากสิ่งนี้ใช้กับอิเลคตรอนการนำไฟฟ้าทั้งหมดจึงมีกระแสอิเล็กตรอนที่ไม่มีความต้านทาน

เห็นได้ชัดว่าทฤษฎีนี้ไม่ได้อธิบายธรรมชาติของปรากฏการณ์นี้ แต่เพียงอธิบายและอนุญาตให้ทำนายพฤติกรรมของมันได้ในหลายกรณี ทฤษฎีปรากฏการณ์วิทยาที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น แต่ยังถูกเสนอในปี 1950 โดยนักฟิสิกส์ทฤษฎีโซเวียต Lev Landau และ Vitaly Gnizburg

ทฤษฎีบีซีเอส คำอธิบายเชิงคุณภาพครั้งแรกของปรากฏการณ์ตัวนำยิ่งยวดถูกเสนอในกรอบของทฤษฎีที่เรียกว่า BCS ซึ่งสร้างโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน John Bardeen, Leon Cooper และ John Schrieffer ทฤษฎีนี้เกิดขึ้นจากการสันนิษฐานว่าแรงดึงดูดอาจเกิดขึ้นระหว่างอิเล็กตรอนภายใต้เงื่อนไขบางประการ แรงดึงดูดซึ่งเกิดจากการกระตุ้นต่างๆ โดยหลักแล้ว - การสั่นสะเทือนของโครงผลึกคริสตัล สามารถสร้าง "คูเปอร์คู่" - สถานะที่ถูกผูกไว้ของอิเล็กตรอนสองตัวในคริสตัลได้ คู่ดังกล่าวสามารถเคลื่อนที่ในผลึกได้โดยไม่กระจัดกระจายโดยแรงสั่นสะเทือนของผลึกขัดแตะหรือจากสิ่งเจือปน ในสารที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ จะมีพลังงานเพียงพอที่จะ "ทำลาย" อิเล็กตรอนคู่หนึ่ง ในขณะที่ที่อุณหภูมิต่ำ ระบบจะมีพลังงานไม่เพียงพอ เป็นผลให้มีการไหลของอิเล็กตรอนที่ถูกผูกไว้ - คู่คูเปอร์ซึ่งแทบไม่มีปฏิสัมพันธ์กับสสาร ในปี 1972 D. Bardeen, L. Cooper และ D. Schrieffer ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์

ต่อมา นักฟิสิกส์ทฤษฎีโซเวียต Nikolai Bogolyubov ได้ปรับปรุงทฤษฎี BCS ในงานของเขา นักวิทยาศาสตร์ได้อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับเงื่อนไขที่คู่ของคูเปอร์สามารถก่อตัวได้ (พลังงานที่ใกล้เคียงกับพลังงานของ Fermi การหมุนบางอย่าง ฯลฯ ) อันเป็นผลมาจากผลกระทบของควอนตัม แยกจากกัน อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีสปินครึ่งจำนวนเต็ม (เฟอร์มิออน) ซึ่งไม่สามารถก่อตัวและผ่านเข้าสู่สภาวะของเหลวยิ่งยวดได้ เมื่อมีคูเปอร์อิเล็กตรอนคู่หนึ่ง มันจะเป็นอนุภาคกึ่งที่มีการหมุนเป็นจำนวนเต็มและเป็น ภายใต้เงื่อนไขบางประการ โบซอนสามารถสร้างคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ กล่าวคือ สารที่มีอนุภาคอยู่ในสถานะเดียวกัน ซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของของเหลวยิ่งยวด superfluidity ของอิเล็กตรอนนี้อธิบายถึงผลกระทบของ superconductivity

ตัวนำยิ่งยวดในสนามไฟฟ้ากระแสสลับ

นอกจากความเป็นตัวนำยิ่งยวดและเอฟเฟกต์ Meissner แล้ว ตัวนำยิ่งยวดยังมีคุณสมบัติอื่นๆ อีกหลายประการ เป็นที่น่าสังเกตว่าสิ่งต่อไปนี้ - ความต้านทานเป็นศูนย์ของตัวนำยิ่งยวดเป็นลักษณะเฉพาะที่กระแสตรงเท่านั้น ตัวแปร สนามไฟฟ้าทำให้ความต้านทานของตัวนำยิ่งยวดไม่เป็นศูนย์และจะเพิ่มขึ้นตามความถี่ของสนามที่เพิ่มขึ้น

เช่นเดียวกับแบบจำลองสองของไหลแบ่งวัสดุ superfluid ออกเป็นบริเวณ superfluid และพื้นที่ของสสารธรรมดาดังนั้นฟลักซ์ของอิเล็กตรอนจึงถูกแบ่งออกเป็นตัวนำยิ่งยวดและสามัญ สนามคงที่จะเร่งอิเล็กตรอนตัวนำยิ่งยวดให้เป็นอนันต์ (โดยให้ความต้านทานเป็นศูนย์) ซึ่งเป็นไปไม่ได้เพราะมันจะกลายเป็นศูนย์เมื่อมันกระทบกับตัวนำยิ่งยวด เนื่องจากสนามไฟฟ้าคงที่ไม่ได้กระทำต่อตัวนำยิ่งยวด อิเล็กตรอนธรรมดาจึงไม่ได้รับผลกระทบ (เพียงแค่ผลักออก) ซึ่งหมายความว่าการเคลื่อนที่จะแสดงโดยอิเล็กตรอนที่มีตัวนำยิ่งยวดเท่านั้น

ในกรณีของสนามไฟฟ้าสลับกัน กระบวนการเร่งความเร็วของอิเล็กตรอนจะเกิดขึ้น ตามมาด้วยการชะลอตัว ซึ่งเป็นไปได้ทางกายภาพ ในกรณีนี้ยังมีกระแสของอิเล็กตรอนธรรมดาซึ่งมีคุณสมบัติต้านทาน ยิ่งความถี่ของสนามดังกล่าวสูงเท่าใด ผลกระทบที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนธรรมดาก็จะยิ่งชัดเจนขึ้นเท่านั้น

ช่วงเวลาลอนดอน

คุณสมบัติที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่งของตัวนำยิ่งยวดคือช่วงเวลาในลอนดอน สาระสำคัญของปรากฏการณ์นี้คือตัวนำยิ่งยวดที่หมุนได้จะสร้างสนามแม่เหล็กที่เรียงตัวตามแนวแกนของการหมุนของตัวนำ

การตรวจสอบเพิ่มเติมของปรากฏการณ์นี้นำไปสู่การค้นพบโมเมนต์แม่เหล็กแรงโน้มถ่วงของลอนดอน ในปี 2549 นักวิจัย Martin Tajmar จาก ARC Seibersdorf Research ประเทศออสเตรีย และ Clovis de Matos แห่ง European Space Agency (ESA) พบว่าตัวนำยิ่งยวดที่เร่งความเร็วยังสร้างสนามโน้มถ่วงอีกด้วย อย่างไรก็ตาม สนามโน้มถ่วงดังกล่าวอ่อนกว่าโลกประมาณ 100 ล้านเท่า

การจำแนกประเภทของตัวนำยิ่งยวด

มีการจำแนกประเภทของตัวนำยิ่งยวดตามเกณฑ์ต่อไปนี้:

1. ปฏิกิริยาต่อสนามแม่เหล็ก คุณสมบัตินี้แบ่งตัวนำยิ่งยวดออกเป็นสองประเภท ตัวนำยิ่งยวด Type I มีค่าวิกฤตหนึ่งค่าของสนามแม่เหล็ก ซึ่งมากกว่านั้น จะสูญเสียความเป็นตัวนำยิ่งยวด Type II - มีค่าจำกัดของสนามแม่เหล็กสองค่า เมื่อสนามแม่เหล็กที่จำกัดค่าเหล่านี้ถูกนำไปใช้กับตัวนำยิ่งยวดในหมวดหมู่นี้ สนามจะแทรกซึมเข้าไปภายในบางส่วนในขณะที่ยังคงความเป็นตัวนำยิ่งยวดไว้
2. อุณหภูมิวิกฤต แยกแยะระหว่างตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำและอุณหภูมิสูง อดีตมีคุณสมบัติของตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำกว่า −196 ° C หรือ 77 K ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงจะพึงพอใจกับอุณหภูมิที่สูงกว่านี้ การแยกนี้เกิดขึ้นเนื่องจากตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงสามารถใช้เป็นตัวทำความเย็นได้ในทางปฏิบัติ
3. วัสดุ. มีหลากหลายเช่น: pure องค์ประกอบทางเคมี(เช่น ปรอทหรือตะกั่ว) โลหะผสม เซรามิกส์ สารอินทรีย์หรือธาตุเหล็ก
4. คำอธิบายเชิงทฤษฎี อย่างที่คุณทราบ ทฤษฎีทางกายภาพใดๆ มีขอบเขตการใช้งานเฉพาะด้าน ด้วยเหตุผลนี้ สำหรับการนำไปใช้เพิ่มเติม การจำแนกตัวนำยิ่งยวดตามทฤษฎีที่สามารถอธิบายลักษณะของพวกมันได้นั้นสมเหตุสมผล

การนำไฟฟ้ายิ่งยวดของกราฟีน

Graphene ได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จำได้ว่ากราฟีนเป็นชั้นของคาร์บอนดัดแปลง หนาหนึ่งอะตอม ประการแรก การค้นพบนี้อำนวยความสะดวกโดยการค้นพบท่อนาโนคาร์บอน ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษซึ่งสร้างขึ้นโดยการกลิ้งกราฟีนหนึ่งชั้นขึ้นไป

ในปี 2018 กลุ่มนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์และมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด นำโดยศาสตราจารย์ปาโบล จาริลโล-เอร์เรโร ค้นพบว่าเมื่อหมุนในมุมหนึ่ง ("มหัศจรรย์") แผ่นกราฟีนสองแผ่นจะปราศจากการนำไฟฟ้าโดยสมบูรณ์ เมื่อนักวิจัยใช้แรงดันไฟฟ้ากับวัสดุโดยการเพิ่มอิเล็กโทรดจำนวนเล็กน้อยลงในโครงสร้างกราฟีนนี้ พวกเขาพบว่าในระดับหนึ่ง อิเล็กตรอนหลุดจากสถานะฉนวนเดิมและไหลโดยไม่มีความต้านทาน คุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของปรากฏการณ์นี้คือการนำยิ่งยวดของโครงสร้างกราฟีนที่ระบุนั้นได้มาที่อุณหภูมิห้อง และถึงแม้ว่าคำอธิบายสำหรับผลกระทบนี้ยังคงเป็นที่น่าสงสัย แต่ศักยภาพในด้านการจัดหาพลังงานนั้นค่อนข้างสูง

การประยุกต์ใช้ตัวนำยิ่งยวด

ตัวนำยิ่งยวดยังไม่ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่การพัฒนาในพื้นที่นี้กำลังถูกติดตามอย่างแข็งขัน ดังนั้นด้วยเอฟเฟกต์ Meissner รถไฟ maglev ที่ "โฉบ" อยู่เหนือถนนจึงเป็นไปได้

มีการใช้ตัวนำยิ่งยวดเพื่อสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งสามารถใช้ในโรงไฟฟ้าได้

Cryotron เป็นแอปพลิเคชั่นของตัวนำยิ่งยวดที่สามารถเป็นประโยชน์สำหรับเทคโนโลยีและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ นี่คืออุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนสถานะของตัวนำยิ่งยวดจากแบบธรรมดาเป็นตัวนำยิ่งยวดได้ในเวลาอันสั้น (จาก 10⁻⁶ เป็น 10⁻¹¹) Cryotrons สามารถใช้ในระบบข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการท่องจำและการเข้ารหัส จึงถูกใช้เป็นอุปกรณ์เก็บข้อมูลในคอมพิวเตอร์เป็นครั้งแรก Cryotrons สามารถช่วยในด้าน cryoelectronics ซึ่งมีหน้าที่เพิ่มความไวของเครื่องรับสัญญาณและรักษารูปร่างของสัญญาณให้ดีที่สุด ที่นี่ความสำเร็จของเป้าหมายที่ตั้งไว้ได้รับการอำนวยความสะดวกโดย อุณหภูมิต่ำและผลของตัวนำยิ่งยวด

นอกจากนี้ เนื่องจากไม่มีความต้านทานในตัวนำยิ่งยวด สายเคเบิลที่ทำจากสารดังกล่าวจะส่งกระแสไฟฟ้าโดยไม่สูญเสียความร้อน ซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพของแหล่งจ่ายไฟได้อย่างมาก วันนี้สายเคเบิลดังกล่าวต้องการการระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลวซึ่งจะเป็นการเพิ่มต้นทุนการดำเนินงาน อย่างไรก็ตาม การวิจัยในพื้นที่นี้กำลังดำเนินอยู่ และการส่งพลังงานจากตัวนำยิ่งยวดเครื่องแรกได้รับมอบหมายในนิวยอร์กในปี 2008 โดย American Superconductor ในปี 2558 เกาหลีใต้ประกาศความตั้งใจที่จะสร้างสายไฟฟ้าตัวนำยิ่งยวดหลายพันกิโลเมตร หากเราเพิ่มการค้นพบล่าสุดเกี่ยวกับการนำยิ่งยวดของกราฟีนที่อุณหภูมิห้อง ในอนาคตอันใกล้นี้ เราควรคาดหวังการเปลี่ยนแปลงทั่วโลกในด้านแหล่งจ่ายไฟ

นอกเหนือจากขอบเขตการใช้งานเหล่านี้แล้ว การนำยิ่งยวดยังใช้ในเทคโนโลยีการวัด ตั้งแต่เครื่องตรวจจับโฟตอนไปจนถึงการวัดค่า geodetic precession โดยใช้ไจโรสโคปตัวนำยิ่งยวดบนยานอวกาศ Gravity Probe B การวัดนี้ยืนยันการคาดการณ์ของ Einstein เกี่ยวกับการมีอยู่ของ precession ดังกล่าวด้วยเหตุผลที่ระบุไว้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป โดยไม่ต้องลงลึกถึงกลไกการวัด ควรสังเกตว่าข้อมูลเกี่ยวกับการเคลื่อนตัวของ geodetic ของโลกทำให้สามารถปรับเทียบดาวเทียม Earth เทียมได้อย่างแม่นยำ

สรุปผลที่เขียนไว้ข้างต้น ข้อสรุปแสดงให้เห็นว่าผลกระทบของตัวนำยิ่งยวดมีแนวโน้มที่ดีในหลาย ๆ ด้านและศักยภาพที่ดีของตัวนำยิ่งยวดโดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการจ่ายไฟและวิศวกรรมไฟฟ้า เราคาดหวังการค้นพบมากมายในบริเวณนี้ในอนาคตอันใกล้นี้