Здравствуй, дорогой друг!
Ты знаешь, что такое «Гроб Мухаммеда»? Это удивительный физический эксперимент. Он демонстрирует настоящую магию - левитацию (см. фото).
Ты веришь в чудеса? Тогда нам по пути, ведь Физика - настоящая магия. И сегодня я расскажу тебе, что заставляет предметы летать и как это происходит.
Начнём с определений основных физических терминов:
1. Сверхпроводимость — свойство некоторых материалов обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения (критическая температура).
2. Сверхпроводник - материал, электрическое сопротивление которого при понижении температуры до некоторой величины Tc становится равным нулю. Лучшими природными сверхпроводниками считаются:
Свинец (PB) 7,196 К;
Лантан (La) 4,88 К;
Тантал (Та) 4,47 К;
Индий (В) 3,41 К
3. Магнитное поле - поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.
4. Магнитный момент - основная физическая величина, характеризующая магнитные свойства вещества, то есть способность создавать и воспринимать магнитное поле.
Теперь начнём разбираться в чём заключается загадка феномена левитации.
Секрет эксперимента заключается в эффекте Мейснера.
Данный эффект представляет из себя полное вытеснение магнитного поля из объёма проводника при его переходе в сверхпроводящее состояние, достигаемое при помощи охлаждения вещества до температуры называемой критической Тс.
Этим сверхпроводник качественно отличается от «обычного» материала с высокой проводимостью.
Отсутствие магнитного поля в объёме проводника позволяет заключить из общих законов магнитного поля, что в нем существует только поверхностный ток. Он физически реален и занимает некоторый тонкий слой вблизи поверхности. Например, в случае помещенного во внешнее поле шара (см. рис.)
Показаны линии магнитного поля и их вытеснение из сверхпроводника, находящегося ниже своей критической температуры
этот ток будет формироваться носителями заряда, движущимися в приповерхностном слое по кольцевым траекториям, лежащим в плоскостях, ортогональных плоскости рисунка и полю на бесконечности (радиус колец меняется от радиуса шара в середине до нуля вверху и внизу).
Роль идеальной проводимости состоит в том, что появившийся поверхностный ток протекает бездиссипативно и неограниченно долго — при конечном сопротивлении среда не смогла бы реагировать на наложение поля таким способом.
Магнитное поле возникшего тока компенсирует в толще сверхпроводника внешнее поле (уместна аналогия с экранированием электрического поля индуцированным на поверхности металла зарядом). В этом отношении сверхпроводник ведёт себя формально, как идеальный диамагнетик. Однако он не является таковым, ведь внутри него намагниченность равна нулю. Физически, об идеальном диамагнетике можно было бы говорить, если бы при локальной напряжённости магнитного поля Н не равно нулю Н !=0 оказывалось магнитная индукция В=0 за счёт равенства нулю проницаемости среды m— но в сверхпроводнике напряжённость Н= 0 и все рассуждения о его свойствах как диамагнетика теряют смысл.
Природа эффекта Мейснера впервые была объяснена братьями Фрицем и Хайнцом Лондонами c помощью уравнения.
Они показали, что в сверхпроводнике поле проникает на фиксированную глубину от поверхности — лондоновскую глубину проникновения магнитного поля.
Объяснение:
Ну что же, дорогой любитель физики, вот мы и разобрались с эффектом Мейснера. Теперь перейдём к самому опыту и посмотрим, как он работает.
Ты знаешь, что одним из свойств сверхпроводников является выталкивание магнитного поля из себя. Отталкиваясь от неподвижного сверхпроводника, магнит «всплывает» сам и продолжает «парить» до тех пор, пока внешние условия не выведут сверхпроводник из сверхпроводящей фазы. В нашем случае магнит будет парить до тех пор, пока не нагреется.
То есть магнит, приближающийся к сверхпроводнику, «видит брата» той же полярности и размера и отталкивается от него.
Это и есть эффект левитации.
Вот и всё, дорогой читатель, мы разобрались с удивительным опытом "Гроб Муххамеда", который основывается на эффекте Мейснера. Поздравляю тебя!
#физика #наука #интересныефакты #познаниеприроды #атом #левитация