మీస్నర్ ప్రభావం మరియు దాని ఉపయోగం

మీస్నర్ ప్రభావం లేదా మీస్నర్-ఆక్సెన్‌ఫెల్డ్ ప్రభావం అనేది సూపర్ కండక్టర్ యొక్క అధిక భాగం నుండి అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితికి మార్చే సమయంలో దాని స్థానభ్రంశంలో ఉంటుంది. ఈ దృగ్విషయాన్ని 1933లో జర్మన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు వాల్టర్ మీస్నర్ మరియు రాబర్ట్ ఆక్సెన్‌ఫెల్డ్ కనుగొన్నారు, వీరు టిన్ మరియు సీసం యొక్క సూపర్ కండక్టింగ్ నమూనాల వెలుపల అయస్కాంత క్షేత్రం పంపిణీని కొలుస్తారు.

వాల్టర్ మీస్నర్

ప్రయోగంలో, సూపర్ కండక్టర్లు, అనువర్తిత అయస్కాంత క్షేత్రం సమక్షంలో, దాదాపు అన్ని నమూనాల అంతర్గత అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని రీసెట్ చేసే వరకు వాటి సూపర్ కండక్టింగ్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత కంటే తక్కువగా చల్లబడతాయి. ఈ ప్రభావాన్ని శాస్త్రవేత్తలు పరోక్షంగా మాత్రమే గుర్తించారు, ఎందుకంటే సూపర్ కండక్టర్ యొక్క మాగ్నెటిక్ ఫ్లక్స్ భద్రపరచబడింది: నమూనా లోపల అయస్కాంత క్షేత్రం తగ్గినప్పుడు, బాహ్య అయస్కాంత క్షేత్రం పెరుగుతుంది.

ఈ విధంగా, ప్రయోగం మొదటిసారిగా సూపర్ కండక్టర్లు ఆదర్శ కండక్టర్లని మాత్రమే కాకుండా, సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితి యొక్క ప్రత్యేకమైన నిర్వచించే లక్షణాన్ని కూడా ప్రదర్శిస్తాయని స్పష్టంగా చూపించింది.అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని మార్చగల సామర్థ్యం సూపర్ కండక్టర్ యొక్క యూనిట్ సెల్ లోపల తటస్థీకరణ ద్వారా ఏర్పడిన సమతౌల్య స్వభావం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది.

తక్కువ లేదా అయస్కాంత క్షేత్రం లేని సూపర్ కండక్టర్ మీస్నర్ రాష్ట్రంలో ఉన్నట్లు చెబుతారు. కానీ అనువర్తిత అయస్కాంత క్షేత్రం చాలా బలంగా ఉన్నప్పుడు మీస్నర్ స్థితి విచ్ఛిన్నమవుతుంది.

ఈ ఉల్లంఘన ఎలా జరుగుతుందనే దానిపై ఆధారపడి సూపర్ కండక్టర్లను రెండు తరగతులుగా విభజించవచ్చని ఇక్కడ గమనించాలి.మొదటి రకం సూపర్ కండక్టర్లలో, అనువర్తిత అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క బలం క్లిష్టమైన విలువ Hc కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు సూపర్ కండక్టివిటీ ఆకస్మికంగా ఉల్లంఘించబడుతుంది.

నమూనా యొక్క జ్యామితిపై ఆధారపడి, అయస్కాంత క్షేత్రం లేని సూపర్ కండక్టింగ్ పదార్థం యొక్క ప్రాంతాలతో కలిపి అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని మోసే సాధారణ పదార్థం యొక్క ప్రాంతాల యొక్క సున్నితమైన నమూనా వలె ఒక మధ్యస్థ స్థితిని పొందవచ్చు.

టైప్ II సూపర్ కండక్టర్లలో, అనువర్తిత అయస్కాంత క్షేత్ర బలాన్ని మొదటి క్లిష్టమైన విలువ Hc1కి పెంచడం మిశ్రమ స్థితికి దారితీస్తుంది (దీనిని వోర్టెక్స్ స్థితి అని కూడా పిలుస్తారు), దీనిలో మరింత ఎక్కువ అయస్కాంత ప్రవాహం పదార్థంలోకి చొచ్చుకుపోతుంది, అయితే విద్యుత్ ప్రవాహానికి ప్రతిఘటన ఉండదు. తప్ప ఈ కరెంట్ చాలా ఎక్కువగా ఉండదు.

రెండవ క్లిష్టమైన బలం Hc2 విలువ వద్ద సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితి నాశనం అవుతుంది. మిశ్రమ స్థితి సూపర్ ఫ్లూయిడ్ ఎలక్ట్రాన్ ద్రవంలోని వోర్టిసెస్ వల్ల ఏర్పడుతుంది, వీటిని కొన్నిసార్లు ఫ్లక్సన్స్ (ఫ్లక్సన్-క్వాంటం ఆఫ్ మాగ్నెటిక్ ఫ్లక్స్) అని పిలుస్తారు, ఎందుకంటే ఈ వోర్టిసెస్ ద్వారా ప్రవహించే ఫ్లక్స్ పరిమాణంలో ఉంటుంది.

నియోబియం మరియు కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లను మినహాయించి స్వచ్ఛమైన ఎలిమెంటల్ సూపర్‌కండక్టర్‌లు మొదటి రకానికి చెందినవి, దాదాపు అన్ని మలినాలను మరియు సంక్లిష్ట సూపర్ కండక్టర్‌లు రెండవ రకానికి చెందినవి.

దృగ్విషయంగా, మీస్నర్ ప్రభావాన్ని సోదరులు ఫ్రిట్జ్ మరియు హీన్జ్ లండన్ వివరించారు, వారు సూపర్ కండక్టర్ యొక్క విద్యుదయస్కాంత రహిత శక్తి పరిస్థితిలో కనిష్టీకరించబడిందని చూపించారు:

ఈ పరిస్థితిని లండన్ సమీకరణం అంటారు. సూపర్ కండక్టర్‌లోని అయస్కాంత క్షేత్రం ఉపరితలం వద్ద ఉన్న విలువ నుండి విపరీతంగా క్షీణిస్తుంది అని ఆయన అంచనా వేశారు.

బలహీనమైన అయస్కాంత క్షేత్రం వర్తించబడితే, సూపర్ కండక్టర్ దాదాపు అన్ని అయస్కాంత ప్రవాహాన్ని స్థానభ్రంశం చేస్తుంది. ఇది దాని ఉపరితలం దగ్గర విద్యుత్ ప్రవాహాలు కనిపించడం వల్ల జరుగుతుంది.ఉపరితల ప్రవాహాల యొక్క అయస్కాంత క్షేత్రం సూపర్ కండక్టర్ యొక్క వాల్యూమ్ లోపల అనువర్తిత అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని తటస్థీకరిస్తుంది. ఫీల్డ్ యొక్క స్థానభ్రంశం లేదా అణచివేత కాలక్రమేణా మారదు కాబట్టి, ఈ ప్రభావాన్ని సృష్టించే ప్రవాహాలు (ప్రత్యక్ష ప్రవాహాలు) కాలక్రమేణా క్షీణించవు.

నమూనా యొక్క ఉపరితలం దగ్గర, లండన్ లోతు లోపల, అయస్కాంత క్షేత్రం పూర్తిగా లేదు. ప్రతి సూపర్ కండక్టింగ్ పదార్థం దాని స్వంత అయస్కాంత వ్యాప్తి లోతును కలిగి ఉంటుంది.

సున్నా నిరోధకత వద్ద సాధారణ విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ కారణంగా ఏదైనా పరిపూర్ణ కండక్టర్ దాని ఉపరితలం గుండా అయస్కాంత ప్రవాహంలో ఏదైనా మార్పును నిరోధిస్తుంది. కానీ మీస్నర్ ప్రభావం ఈ దృగ్విషయానికి భిన్నంగా ఉంటుంది.

ఒక సంప్రదాయ కండక్టర్ శాశ్వతంగా వర్తించే అయస్కాంత క్షేత్రం సమక్షంలో సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితికి చల్లబడినప్పుడు, ఈ పరివర్తన సమయంలో అయస్కాంత ప్రవాహం విసిరివేయబడుతుంది. ఈ ప్రభావం అనంతమైన వాహకత ద్వారా వివరించబడదు.

ఇప్పటికే సూపర్ కండక్టింగ్ మెటీరియల్‌పై అయస్కాంతం యొక్క ప్లేస్‌మెంట్ మరియు తదుపరి లెవిటేషన్ మీస్నర్ ప్రభావాన్ని ప్రదర్శించదు, అయితే మొదట్లో స్థిరంగా ఉన్న అయస్కాంతాన్ని సూపర్ కండక్టర్ తర్వాత క్లిష్ట ఉష్ణోగ్రతకు చల్లబరిచినట్లయితే మీస్నర్ ప్రభావం ప్రదర్శించబడుతుంది.

మీస్నర్ స్థితిలో, సూపర్ కండక్టర్లు ఖచ్చితమైన డయామాగ్నెటిజం లేదా సూపర్ డయామాగ్నెటిజంను ప్రదర్శిస్తాయి. దీని అర్థం మొత్తం అయస్కాంత క్షేత్రం వాటి లోపల లోతుగా సున్నాకి చాలా దగ్గరగా ఉంటుంది, ఉపరితలం నుండి లోపలికి చాలా దూరం ఉంటుంది. అయస్కాంత ససెప్టబిలిటీ -1.

బాహ్యంగా వర్తించే అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క దిశకు సరిగ్గా వ్యతిరేకమైన పదార్థం యొక్క సహజమైన అయస్కాంతీకరణం ద్వారా డయామాగ్నెటిజం నిర్వచించబడుతుంది.కానీ సూపర్ కండక్టర్లు మరియు సాధారణ పదార్థాలలో డయామాగ్నెటిజం యొక్క ప్రాథమిక మూలం చాలా భిన్నంగా ఉంటుంది.

సాధారణ పదార్ధాలలో, బాహ్య అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని వర్తింపజేసినప్పుడు పరమాణు కేంద్రకాల చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్ల విద్యుదయస్కాంత ప్రేరిత కక్ష్య భ్రమణం యొక్క ప్రత్యక్ష ఫలితంగా డయామాగ్నెటిజం ఏర్పడుతుంది. సూపర్ కండక్టర్లలో, కక్ష్య స్పిన్ వల్ల కాకుండా, అనువర్తిత క్షేత్రానికి వ్యతిరేకంగా ప్రవహించే స్థిరమైన రక్షక ప్రవాహాల వల్ల (మీస్నర్ ప్రభావం స్వయంగా) ఖచ్చితమైన డయామాగ్నెటిజం యొక్క భ్రమ ఏర్పడుతుంది.

మీస్నర్ ప్రభావం యొక్క ఆవిష్కరణ 1935లో ఫ్రిట్జ్ మరియు హీన్జ్ లండన్‌లచే సూపర్ కండక్టివిటీ యొక్క దృగ్విషయ సిద్ధాంతానికి దారితీసింది. ఈ సిద్ధాంతం ప్రతిఘటన యొక్క అదృశ్యం మరియు మీస్నర్ ప్రభావాన్ని వివరిస్తుంది. ఇది సూపర్ కండక్టివిటీ గురించి మొదటి సైద్ధాంతిక అంచనాలను చేయడానికి మాకు వీలు కల్పించింది.

అయితే, ఈ సిద్ధాంతం ప్రయోగాత్మక పరిశీలనలను మాత్రమే వివరిస్తుంది, కానీ సూపర్ కండక్టింగ్ లక్షణాల యొక్క స్థూల మూలాన్ని గుర్తించడానికి అనుమతించదు.ఇది తరువాత 1957లో బార్డీన్-కూపర్-ష్రిఫెర్ సిద్ధాంతం ద్వారా విజయవంతంగా జరిగింది, దీని నుండి చొచ్చుకుపోయే లోతు మరియు మీస్నర్ ప్రభావం రెండూ అనుసరించబడతాయి. అయినప్పటికీ, కొంతమంది భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు బార్డీన్-కూపర్-ష్రిఫెర్ సిద్ధాంతం మీస్నర్ ప్రభావాన్ని వివరించలేదని వాదించారు.

మీస్నర్ ప్రభావం క్రింది సూత్రం ప్రకారం వర్తించబడుతుంది. ఒక సూపర్ కండక్టింగ్ పదార్థం యొక్క ఉష్ణోగ్రత క్లిష్టమైన విలువ గుండా వెళుతున్నప్పుడు, దాని చుట్టూ ఉన్న అయస్కాంత క్షేత్రం ఆకస్మికంగా మారుతుంది, ఫలితంగా అటువంటి పదార్థం చుట్టూ ఉన్న కాయిల్ గాయంలో EMF పల్స్ ఏర్పడుతుంది. మరియు కంట్రోల్ కాయిల్ యొక్క కరెంట్ మారినప్పుడు, పదార్థం యొక్క అయస్కాంత స్థితిని నియంత్రించవచ్చు. ప్రత్యేక సెన్సార్లను ఉపయోగించి అల్ట్రా-బలహీనమైన అయస్కాంత క్షేత్రాలను కొలవడానికి ఈ దృగ్విషయం ఉపయోగించబడుతుంది.

క్రయోట్రాన్ అనేది మీస్నర్ ప్రభావం ఆధారంగా మారే పరికరం. నిర్మాణాత్మకంగా, ఇది రెండు సూపర్ కండక్టర్లను కలిగి ఉంటుంది. ఒక నియోబియం కాయిల్ టాంటాలమ్ రాడ్ చుట్టూ చుట్టబడి ఉంటుంది, దీని ద్వారా కంట్రోల్ కరెంట్ ప్రవహిస్తుంది.

కంట్రోల్ కరెంట్ పెరిగినప్పుడు, అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క బలం పెరుగుతుంది మరియు టాంటాలమ్ సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితి నుండి సాధారణ స్థితికి వెళుతుంది.ఈ సందర్భంలో, టాంటాలమ్ వైర్ యొక్క వాహకత మరియు కంట్రోల్ సర్క్యూట్‌లోని ఆపరేటింగ్ కరెంట్ నాన్-లీనియర్‌లో మారుతుంది. పద్ధతి. క్రయోట్రాన్ల ఆధారంగా, ఉదాహరణకు, నియంత్రిత కవాటాలు సృష్టించబడతాయి.