Nadprzewodnictwo i efekt Meissnera

Co się właśnie stało?

Powyżej temperatury krytycznej próbka jest zwykłym metalem — jej opór rośnie liniowo z temperaturą. Po schłodzeniu poniżej $T_c$ opór spada skokowo do zera: materiał przechodzi w stan nadprzewodzący.

Opór a temperatura:

— dla metalu opór jest wprost proporcjonalny do temperatury, ale przy temperaturze krytycznej $T_c$ pojawia się nagły skok: $R = 0$. Dla YBCO $T_c \approx 92\,\mathrm{K}$.

Prąd bez strat:

Gdy $R = 0$, przez próbkę płynie prąd, ale nie wydziela się ciepło Joule'a:

Ładunki płyną bez oporu — raz wzbudzony prąd może krążyć w pętli nadprzewodzącej praktycznie w nieskończoność.

Efekt Meissnera:

Poniżej $T_c$ nadprzewodnik wypycha pole magnetyczne ze swojego wnętrza ($B = 0$ wewnątrz). Prądy ekranujące na powierzchni wytwarzają pole przeciwne do zewnętrznego — dlatego magnes unosi się i lewituje nad próbką. To zjawisko wykorzystują pociągi maglev.

Gdzie to działa?

Nadprzewodniki niosą ogromne prądy bez strat — stąd silne elektromagnesy w tomografach MRI, akceleratorach cząstek oraz lewitujące pociągi maglev.

Po co Ci to na maturze:

To rozszerzenie tematu oporu elektrycznego i jego zależności od temperatury oraz pola magnetycznego. Chwyt: sprawdź, czy $T$ jest powyżej, czy poniżej $T_c$ — to rozstrzyga, czy opór rośnie z temperaturą, czy wynosi dokładnie zero (a wtedy $P = I^2R = 0$).

Zapamiętaj: poniżej temperatury krytycznej opór nadprzewodnika to dokładnie zero — prąd płynie bez strat, a pole magnetyczne jest wypychane (efekt Meissnera → lewitacja).