Η φυσική της υπεραγώγιμης αιώρησης

Το 1933 οι Walther Meissner και Robert Ochsenfeld, δυο φυσικοί του Physikalish – Technishe Reichsantalt του Βερολίνου, πραγματοποίησαν το εξής πείραμα: Τοποθέτησαν έναν στερεό κύλινδρο από κασσίτερο ή μόλυβδο μέσα σε σταθερό μαγνητικό πεδίο. Οι δυναμικές γραμμές του πεδίου διέσχιζαν το μέταλλο.

Το φαινόμενο Meissner

Στη συνέχεια το μέταλλο ψυχόταν κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία έτσι ώστε να γίνει υπεραγώγιμο. Τότε οι δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου ξαφνικά αποβαλλόταν από το μέταλλο. Ο διαμαγνητικός χαρακτήρας των υπεραγωγών ήταν εντελώς απροσδόκητος και έφερε τους θεωρητικούς αντιμέτωπους με ένα ακόμη φαινόμενο που έπρεπε να ερμηνεύσουν τα θεωρητικά μοντέλα της υπεραγωγιμότητας.

Στο φαινόμενο Meissner οφείλεται ένα εντυπωσιακό φαινόμενο που ονομάζεται «υπεραγώγιμη ή διαμαγνητική αιώρηση». Αν τοποθετήσουμε έναν μικρό μαγνήτη πάνω από ένα υπεραγώγιμο υλικό που έχει σχήμα δίσκου, ο μαγνήτης θα αιωρείται εξαιτίας των ρευμάτων που αυτός δημιουργεί στον υπεραγώγιμο δίσκο.

Ένας μικρός μαγνήτης αιωρείται πάνω από ένα υπεραγώγιμο υλικό.

Η «υπεραγώγιμη αιώρηση» έχει μελετηθεί ως μέθοδος εξασφάλισης ενός υποστηρίγματος αμελητέων τριβών για τραίνα που θα κινούνται με πολύ μεγάλες ταχύτητες. Στο βίντεο που ακολουθεί, βλέπουμε ένα ‘υπεραγώγιμο’ τραίνο-παιχνίδι να αιωρείται σε μόνιμους μαγνήτες και να κινείται σχεδόν χωρίς τριβές:

Η οικογένεια των υπεραγωγών που χρησιμοποιούνται σε αυτό το πείραμα  είναι γνωστή ως «υπεραγωγοί υψηλής θερμοκρασίας» και ανακαλύφθηκε από τους Karl Alex Müller και Georg Bednorz. Το μέχρι σήμερα (Ιανουάριος 2021) ρεκόρ υψηλότερης (κρίσιμης) θερμοκρασίας υπεραγωγών , σε πίεση περιβάλλοντος) κατέχει ακόμη το σύμπλοκο YBa2Cu3O7 που ανακάλυψε στις αρχές της δεκαετίας του 1990 ο Andreas Schilling του Πανεπιστημίου της Ζυρίχης και οι συνεργάτες του.

Ο Andreas Schilling στην χτεσινή δημοσίευσή του με τίτλο ‘The physics of diamagnetic levitation‘, διατυπώνει ως άσκηση φυσικής το φαινόμενο της διαμαγνητικής αιώρησης που βλέπουμε στο παραπάνω βίντεο. Προτείνει επίσης μια απλοποιημένη υπόδειξη επίλυσης, κατάλληλη για προχωρημένους μαθητές λυκείου ή πρωτοετείς φοιτητές θετικών επιστημών. Το πρόβλημα είχε προταθεί ως θέμα στην Διεθνή Ολυμπιάδα Φυσικής 2016.
Διαβάστε την διατύπωση του προβλήματος και την λύση του ΕΔΩ:

Click to access 2101.02160.pdf



Κατηγορίες:ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ

Ετικέτες: ,

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: