میدان مغناطیسی بحرانی

میدان مغناطیسی بحرانی

در این مقاله خواهیم دید که اگر یک فلز بخواهد ابررسانا باقی بماند اندازه حرکت خالص ابرالکترون ها نباید از یک مقدار معلوم تجاوز کند. به این دلیل مقدار چگالی جریان بدون مقاومت که ار هر ناحیه فلز می گذرد ، دارای یک حد خواهد بود . این چگالی بحرانی فلز را ƒc می نامیم . این جریان بحرانی هم در حالت جریان عبوری از داخل نمونه توسط یک منبع خارجی کاربرد دارد و هم برای جریان های پوششی که نمونه را در برابر میدان مغناطیسی اعمال شده حفاظت می کند دارای مفهوم است .

حال خواهیم دید که اگر یک میدان مغناطیسی به اندازه کافی قوی به یک فلز ابررسانا اعمال کنیم به علت همین چگالی جریان بحرانی فلز ابررسانا به حالت طبیعی برمی گردد. همان طور که دیدیم یک ابررسانا به این علت ایجاد می شود که در یک میدان مغناطیسی اعمال شده نحوه چرخش جریان های سطحی بدون مقاومت چگالی شار ایجاد شده در داخل را خنثی می کنند .

اگر شدت میدان مغناطیسی را افزایش دهیم جریان پوششی نیز باید افزایش پیدا کند جریان های پوششی چگالی جریان را به مقدار بحرانی می رسانند و فلز خاصیت ابررسانا خود را از دست می دهد. در این صورت جریان های پوششی قطع شده و شار میدان مغناطیسی اعمال شده در داخل فلز دیگر خنثی نمی شود . بنابراین شدت میدان مغناطیسی که باید به یک ابررسانا اعمال شود حد معینی دارد تا خاصیت ابررسانایی باقی بماند. این فروپاشی خاصیت ابررسانایی توسط میدان مغناطیسی قوی معین یکی از خاصیت های مهم یک ابررساناست .

در هر نقطه درون یک ابررسانا بین چگالی ابر جریان ƒs و چگالی شار مغناطیسی رابطه مشخصی وجود دارد هرچند این مقادیر فقط درون عمق نفوذ قابل توجه می باشد ، این رابطه را می توان توسط معادله های لندن به دست آورد . چگالی جریان روی سطح موقعی به مقدار بحرانی خود خواهد رسید که چگالی شار حاصل از میدان مغناطیسی اعمال شده (‌ چگالی شار روی سطح ) به مقدار معینی افزایش داده شده باشد.

حالت مغناطیسی یک ابررسانا فقط به مقدار میدان اعمال شده و دما بستگی دارد و با چگونگی اعمال این شرایط خارجی هیچ رابطه ای ندارد. این بدان معنی است که چه میدان مغناطیسی وجود داشته و یا نداشته باشد انتقال در حالت ابررسانایی به حالت معمول از نظر ترمودینامیکی برگشت پذیر می باشد . بنابراین می توانیم بحث های ترمودینامیکی را برای ابررسانا بکار برده و پارامترهای دما و شدت میدان مغناطیسی را به عنوان متغیرهای ترمودینامیکی به کار بریم.

ممکن است بتوانیم اطلاعاتی در مورد میدان مغناطیسی بحرانی با در نظر گرفتن این که اثر اعمال میدان مغناطیسی روی انرژی آزاد یک نمونه ابررسانا چیست به دست آورد. از این نظر انرژی آزاد سیستم دارای کمترین مقدار باشد .

فهرست محتوا :

میدان مغناطیسی بحرانی
انرژی آزاد یک ابررسانا
تغییر میدان بحرانی با دما
کوایوترون ( Cryotron )
مغناطیس شدگی ابررسانا
نمونه های غیر ایده آل
اندازه گیری خواص مغناطیسی
اندازه گیری چگالی شار
اندازه گیری مغناطیس شدگی