E82092_Fizyka ZR LO kl.3

20. Właściwości magnetyczne substancji
WIEDZIEĆ WIĘCEJ
Dlaczego magnes lewituje nad nadprzewodnikiem?
Gdy zbliżamy magnes do przewodnika, w przewodniku indukuje się prąd elektryczny przeciwstawiający
się zmianom pola magnetycznego. Jest to jednak reakcja krótkotrwała, bo opór
elektryczny przewodnika powoduje natychmiastowe rozproszenie energii wyindukowanego
prądu wirowego 3 i zamianę jej na ciepło Joule’a – wrócimy do tego zjawiska, gdy będziemy
opisywać zasadę działania kuchenki indukcyjnej (patrz s. 148).
Wszystkie znane nam przewodniki w zakresie temperatur, z jakimi mamy zazwyczaj do czynienia
mają opór elektryczny różny od zera. Jednak w odpowiednio niskich temperaturach
niektóre substancje przewodzące wykazują zadziwiającą właściwość – ich opór całkowicie
znika! Zjawisko to nazwano nadprzewodnictwem, a substancje o podobnych właściwościach
– nadprzewodnikami (patrz s. 56). W stanie nadprzewodzącym substancje te stają
się idealnymi diamagnetykami (µ r =0). Indukcja magnetyczna wewnątrz nadprzewodnika
jest równa zeru, co można opisać jako „wypchnięcie” pola magnetycznego z wnętrza nadprzewodnika
(tzw. efekt Meissnera).
W nadprzewodniku umieszczonym w zewnętrznym polu magnetycznym powstają prądy
wirowe. Całkowity brak oporu elektrycznego pozwala prądom wirowym trwać bez strat,
więc pole magnetyczne z nimi związane utrzymuje się również i niweluje zewnętrzne pole
magnetyczne. Powierzchnię nadprzewodnika – diamagnetyka doskonałego – możemy
wyobrazić sobie jako „lustro magnetyczne”, w którym pobliskie magnesy „widzą” własne
odbicie. Zatem biegun N magnesu zbliżający się do nadprzewodnika oddziałuje z nim tak,
jakby zbliżano doń inny – „odbity w lustrze” – magnes zwrócony biegunem N. Podobnie
biegun S magnesu oddziałuje z nadprzewodnikiem jak z innym, „odbitym” biegunem S.
W ten sposób nadprzewodnik z dowolnym magnesem odpychają się wzajemnie tym bardziej,
im bliżej siebie się znajdują.
W pokazach z magnesami lewitującymi nad nadprzewodnikiem (lub nadprzewodnikiem
lewitującym nad magnesami) używa się magnesów na tyle silnych, by siła odpychająca
je od „odbicia” w nadprzewodniku przewyższała ich ciężar. Pod koniec XX wieku odkryto
nadprzewodniki tzw. wysokotemperaturowe. Aby zademonstrować lewitację z takimi nadprzewodnikami,
wystarczy je schłodzić ciekłym azotem.
3
O prądach wirowych dowiesz się więcej w rozdziale 23.
121