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 pilFlux pinning i superleder

Forsøg nr.: 47
Formål: At vise flux pinning i "type 2" superleder.
Resume: En "type 2" superleder kan svæve under en magnet.
Nøgleord: Elektromotorisk kraft, induktion, ledningsevne, magnetfelter, magnetisk kraft, magnetisme, modstand, Ohms Lov, superledning, kvantemekanik, flydende kvælstof, termiske egenskaber.

Beskrivelse:

Meissner Effekten for en superleder medfører, at et magnetfelt vil blive udstødt fra superlederens indre. Superledere opdeles dog i "type 1" og "type 2" superledere. Sidstnævnte kan faktisk godt tillade, at der presses et magnetfelt ind i superlederens indre. Magnetfeltet vil i så fald være kvantiseret i isolerede kanaler, der er afskærmede af elektriske strømme i lederen.

En af de mest anvendte superledere til undervisningsbrug er den såkaldte YBCO superleder, der netop er en "type 2" superleder. Hvis denne superleder nedkøles i flydende kvælstof, og dermed bliver superledende, kan man med en stærk magnet presse magneten tæt på superlederen, og herefter løfte superlederen op i luften.

Billede af svævende superleder
Superleder svæver under en stærk magnet.

Fænomenet skyldes "flux pinning", et fænomen hvor de magnetisk kanaler låses fast til urenheder og defekter inde i superlederen. Det er også flux pinning, der forklarer, hvorfor magneten ikke falder ned fra superlederen, når man demonstrerer Meissner Effekten.

Flux pinning i type 2 superleder
Flux pinning holder en magnet fast ved siden af en superleder.

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 vil superlederen ikke svæve under magneten?

Der er stor forskel på, hvor kraftig flux pinning man kan opnå i forskellige superledere. Din superleder er muligvis ikke god nok. Der findes superledere, der er specielt designede til flux pinning forsøg. Prøv at købe en sådan.

Udstyr og materialer:

grøn pil Flydende kvælstof
grøn pil Superleder
grøn pil Stærk magnet

Referencer:

grøn pilLink til side med forhandlere af superledere.
grøn pilV. Arkadiev: "A floating magnet", Nature 160, 330 (1947). (Første publikation af Meissner Effekt forsøget i vestlige tidsskrifter. Allerede publiceret i USSR i 1945).

PIRA DCS: 5G50.00 (Elektricitet og magnetisme: Magnetiske materialer) Hvad er PIRA DCS?

Opdateret: 02.11.2004