Supraleitern - Floating Magnet - The Lab
Man kühlt den Supraleiter mit flüssigem Stickstoff und der Magnet schwimmt.
Stellen Sie sich ein Klassenzimmer der Schüler auf einem winzigen Magneten fixiert die Größe des Kopfes eines Bleistifts. Der Magnet ist ruht auf einem geheimnisvollen schwarzen Scheibe, aber der Magnet klebt nicht auf der Disc. Sowohl die schwarze Scheibe und der Magnet sitzen oben auf ein umgedrehtes Styroporbecher. Hier kommt den lustigen Teil ..., wenn der Lehrer mit flüssigem Stickstoff auf der schwarzen Scheibe gießt, die winzigen Magneten aus heben die Scheibe und dreht sich in der Luft. Die Studenten jubeln ... und die Lehrer bereit sind, die Wissenschaft von Supraleitern mit ihren Schülern zu erkunden.
Experiment Materialien
- Eine kleine Menge an flüssigem Stickstoff
- Ein Supraleiter, wie das in dieser Demonstration verwendet - Yttrium-Basis (YBa2Cu3O7)
- kleiner Magnet
- Schwere Schutzhandschuhe
- Schutzbrille
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- gießen vorsichtig eine kleine Menge an flüssigem Stickstoff in die Schale oder Styroporbecher, bis die Flüssigkeit über ein Viertel Zoll tief ist. Die Flüssigkeit kocht wütend für eine kurze Weile. Warten Sie, bis es Sieden aufhört.
- Unter Verwendung der vorgesehenen Pinzette Legen Sie die schwarze Supraleiterscheibe flach in der Flüssigkeit, bis seine oberen gerade bündig mit der Oberfläche des flüssigen Stickstoffs ist. Auch hier kocht der Stickstoff um die Scheibe. Warten Sie, bis das Kochen zu aufhört.
- Unter Verwendung die Pinzette, wählen die vorgesehenen Magneten auf, und versucht, sie auf der Oberseite der supraleitenden Platte zu balancieren. Statt der Abrechnung auf die Oberfläche des Supraleiters nach unten, der Magnet wird einfach ‚schweben‘ wenige Millimeter über dem Supraleiter. Dies ist eine Demonstration des Meissner-Effekt (siehe unten).
Die folgenden Informationen wurden von den Wissenschaftlern an dem Colorado Superconductor, Inc. geliefert und mit ihrer Erlaubnis abgedruckt.
Eine der Eigenschaften von Supraleitern am einfachsten zu demonstrieren, und auch die schillerndsten, ist der Meißner-Effekt. Supraleiter sind stark diamagnetischen - das heißt, dass sie einen Magneten abstoßen. Der Supraleiter in dieser Demonstration verwendete Yttrium-basierte (YBa2Cu3O7). Stellen Sie sich einen ‚perfekten‘ Leiter der Elektrizität, die einfach keinen Widerstand gegen den Fluss eines elektrischen Stroms hat. Wenn ein elektrischen Leiter in ein Magnetfeld, die Faradaysche Induktionsgesetz bewegt würde wir führt einen induzierten elektrischen Strom in dem Leiter und den damit verbundenen Magnetfeld zu erwarten, die das angelegte Feld entgegenstellen würden. Der induzierte elektrische Strom würde nicht in einem ‚perfekten‘ Leiter abführen und damit das zugehörige Magnetfeld würde auch das angelegte Feld entgegenzutreten fortzusetzen. Wenn umgekehrt der ‚perfekte‘ Leiter war bereits in einem Magnetfeld, und dann die angelegte Feld entfernt wurde, das gleiche physikalische Gesetz würde bedeuten, dass ein elektrischer Strom und die damit verbundene Magnetfeld in dem Leiter erscheinen würden, die die Entfernung zu bekämpfen versuchen würden, des angelegten Feldes. Wenn wir ein Experiment tun waren, in denen wir einen Magneten auf ein Material platziert, die dann durch einen Prozess einen ‚perfekten‘ Leiter wurde, hätten wir keine physische Wirkung auf den Magneten sehen. Allerdings waren wir die Magneten zu entfernen, um zu versuchen, nur dann würden wir eine Gegenkraft zu fühlen.
Dieses Experiment kann auch durch Anordnen des Magneten auf der Oberseite des Supraleiters durchgeführt werden, bevor sie in flüssigem Stickstoff gekühlt wird. Wie durch den Meissner-Effekt vorhergesagt wird, wird der Magnet levitieren, wenn die Temperatur des Supraleiters unterhalb seiner kritischen Temperatur sinkt. Wie bereits erläutert, gibt es kein anderes Material als ein Supraleiter, die diesen Effekt gezeigt haben könnte. Wenn Sie sorgfältig den Magneten rotierenden gesetzt, werden Sie feststellen, dass der Magnet für eine lange Zeit dreht sich weiter. Dies ist eine grobe Demonstration eines reibungsfreien Magnetlagers des Meissner-Effekt. Die Rotationsgeschwindigkeit eines quaderförmigen Magnet kann durch die Verwendung eines Kunststoff-Trinkhalm erhöht werden, um einen Luftstrom an einer der Kanten oder Ecken des Würfels zu blasen.
Ein anderer Weg des Magneten Drehgeschwindigkeit zu erhöhen, ist ein kleines rechteckiges Loch in einem Blatt Papier zu schneiden. Das Loch über den schwebenden Magneten so positioniert ist, dass die Hälfte des Magnet ragt über der Ebene des Papiers. Ein Luftstrom entlang der oberen Oberfläche des Papiers gerichtet, bewirkt, dass der Magnet sich schnell drehen. Der kubisch Magnet natürlich wird durch den Widerstand der Luft verlangsamt. Folglich kann es nach einer Weile zu stoppen erwarten. Ein zylindrischer Magnet wird viel länger drehen, da es rotations rationalisiert ist. Allerdings macht der kubisch Magnet diese Demonstration viel mehr Grafik. Eine Forschungsgruppe an der Cornell University hat ein reibungssupraleitende Lager gezeigt, dass mit einer Rate von einer Million Umdrehungen pro Minute drehen kann. Ein Lager auf diese Weise aufgebaut, die Meissner-Effekt verwendet wird, ist viel bequemer und sicherer als bei einem herkömmlichen Magnetlager aufgrund der ‚selbstzentrierenden‘ Art des Meissner-Effekt aufgrund der Fluß-Pinning.