FYSIKbasen.dk - Den danske database for pædagogiske undervisningsforsøg til fysiklærere
Forside Nyheder Forsøg Om siden Kontakt English
Gå en side tilbageUdskriv dette forsøgForetag ny søgning

rød pilSuperlederens uendeligt gode ledningsevne

Forsøg nr.: 43
Formål: At demonstrere, at en superleder har 0 elektrisk modstand.
Resume: En elektrisk strøm startes i en superleder. Strømmen fortsætter så længe superlederen holdes nedkølet.
Nøgleord: Elektromotorisk kraft, induktion, ledningsevne, magnetfelter, magnetisk kraft, magnetisme, modstand, Ohms Lov, superledning, kvantemekanik, flydende kvælstof, termiske egenskaber.

Beskrivelse:

Demonstrationer af superledere viser næsten altid Meissner Effekten, hvor en magnet lægges til at svæve over superlederen. I dette forsøg demonstreres i stedet den effekt, der har givet navn til superledere; at de har nul elektrisk modstand.

En magnet placeres oven på en type 2 superleder. Herefter køles superlederen ned med flydende kvælstof. Først nu fjernes magneten, hvorved der opstartes en strøm inde i superlederen. Denne strøm giver anledning til et magnetfelt, der registreres som et udsving på et kompas, en magnaprobe eller lignende.

Opstart og påvisning af eletrisk strøm i superleder
En strøm kan startes i en superleder ved at køle den ned, mens den påvirkes af et magnetfelt. Når magneten fjernes, induceres der en strøm i superlederen. Denne strøm kan påvises af en kompasnål. Strømmen bliver i superlederen, så længe denne holdes nedkølet.

Forsøget kan bruges til at demonstrere, at en superledende strøm aldrig vil aftage. Uanset hvor længe superlederen holdes nedkølet, vil strømmen stadig løbe i den. Man kan tage superlederen op flere gang for at vise, at kompasnålen fortsat påvirkes. Det er dog vigtigt, at man ikke lader superlederen blive så varm, at den superledende egenskab forsvinder. Så stopper strømmen straks.

Forsøg til at demonstrere superlederens uendeligt gode ledningsevne
Ved hjælp af en magnet kan man starte en strøm i en superleder. Denne strøm vil fortsætte uendeligt lang tid - hvis altså superlederen holdes nedkølet. Med et kompas kan man vise, at der stadig er en strøm i superlederen.

Man bør selvfølgelig både starte og slutte forsøget med at vise, at en varm superleder ikke påvirker magnetnålen. Når man til sidst lader superlederen varme op, bør dette gøres i nærheden af magnetnålen, hvorved man kan se det øjeblik, hvor strømmen bremses (se film i referencerne).

Spørgsmål og svar:

Hvorfor går superlederen i stykker?

Superlederne kan nemt få frostsprængninger. Når superlederen kommer op af det flydende kvælstof, vil vanddamp fra luften kondensere på den som rimfrost. Når superlederen når stuetemperatur, er den altså fugtig. Fryses superlederen herefter ned igen, kan fugten forårsage frostsprængninger, hvilket ødelægger superlederen. Det er altså afgørende, at superlederen er fuldstændigt tør, før den fryses ned i flydende kvælstof.

Hvordan håndterer man flydende kvælstof?

Flydende kvælstof kan man faktisk røre ved i ganske kort tid. Dette skyldes Leidenfrost Effekten. Som opbevaring bør man bruge en professionel termobeholder (dewar). Bruger man en almindelig termoflaske, må låget aldrig nogensinde skrues hårdt på. Flasken kan eksplodere. Under forsøg kan man med fordel bruge to plastikølglas stablet inden i hinanden. Dette skaber et lille luftlag, som isolerer og beskytter den, der holder glasset. Dermed kan man let håndtere kvælstoffet og hælde det op til forsøg. Tryk på "Flydende kvælstof" i udstyrslisten for at finde forhandlere.

Vil en perfekt leder (R = 0 ohm) ikke også udvise Meissner Effekt?

Nej. En perfekt leder vil forsøge at holde et konstant magnetfelt indvendigt, mens en superleder altid vil udstøde magnetfeltet. Hvis en perfekt leder flyttes fra magnetfeltfrit område ind i et magnetfelt, så vil der skabes strømme i lederen, som udligner magnetfeltet inde i lederen. Hvis en perfekt leder flyttes fra et magnetfelt ind i et område uden magnetfelt, så vil der skabes strømme i lederen, så magnetfeltet bevares inde i lederen.

Hvorfor drejer kompasnålen også, når jeg ikke har startet en strøm i superlederen?

Det skyldes Meissner Effekten, der frastøder ydre magnetfelter. Det afgørende er, at man får startet en superledende strøm, hvis magnetfelt overvinder Meissner Effekten. Se for eksempel filmen i referencerne - her er det tydeligt, at kompasnålen tiltrækkes af den inducerede strøm i stedet for at frastødes af Meissner Effekten.

Udstyr og materialer:

grøn pil Flydende kvælstof
grøn pil Superleder
grøn pil Stærk magnet
grøn pil Kompasnål

Referencer:

grøn pilLink til side med forhandlere af superledere.
grøn pilR. Brown: "Demonstrating the Meissner effect and persistent current", The Physics Teacher 38, 168 (2000). (http://scitation.aip.org/tpt/)
grøn pilQuick Time film af kompas og "magnetiseret" superleder, der tør op (1,15 MB).

PIRA DCS: 5G50.50 (Elektricitet og magnetisme: Magnetiske materialer) Hvad er PIRA DCS?

Opdateret: 08.12.2004