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Superconducteur
Un soi-disant supraconducteur a une propriété spéciale: sa résistance ohmique est nulle. C'est-à-dire que les matériaux supraconducteurs peuvent conduire un courant électrique sans résistance. Cependant, les supraconducteurs ont une autre propriété extrêmement intéressante: ils sont diamagnétiques. Un diamagnet peut déplacer et affaiblir un champ magnétique. Les lignes de champ tournent autour d'un diamagneten. Les ferromagnétiques et les paramagnétiques font exactement le contraire: ils amplifient le champ magnétique externe car les lignes de champ les traversent.
Les supraconducteurs dans la recherche
Les matériaux supraconducteurs ont longtemps été un domaine important et intéressant de la physique moderne. Cela ne changera pas dans un avenir prévisible: le désir d'un supraconducteur facile à fabriquer est trop grand. C'est là que réside le point de blocage: les supraconducteurs actuels sont difficiles à traiter et ne sont supraconducteurs que lorsqu'ils sont très froids. En règle générale, les supraconducteurs doivent donc être refroidis, par exemple avec de l'hélium liquide. Après avoir découvert quelques matériaux supraconducteurs à des températures aussi basses (<-100 ° C), les supraconducteurs à haute température sont à l’étude. La percée serait un matériau supraconducteur à température ambiante (ou plus élevée).
Effets fascinants
Les supraconducteurs ayant des propriétés diamagnétiques parfaites, ils peuvent être utilisés pour des expériences extrêmement intéressantes. Par exemple, un supraconducteur flotte de manière stable dans un champ magnétique, bien qu’il ne s’agisse pas vraiment d’un aimant. Si, en revanche, vous vouliez léviter un aimant dans un champ magnétique, il faudrait beaucoup d’efforts pour le maintenir stable.
Pourquoi un supraconducteur flotte dans le champ magnétique
Le diamagnétisme est la réponse à la question de savoir comment un supraconducteur peut flotter de manière stable dans un champ magnétique. À propos, l'eau est également diamagnétique, mais elle ne flotte pas (ou ne le fait-elle pas?). Alors, quelle est la particularité? Les diamagnets n'ont pas d'aimants élémentaires ni de spins d'électrons s'alignant sur un champ magnétique. Cependant, lorsqu'un diamant est introduit dans un champ magnétique externe, un effet d'induction se produit. Dans le diamagneten donc un courant est induit. C'est ce courant qui applique un champ magnétique opposé à l'extérieur (mot-clé: règle de Lenz). Cela crée une force légèrement répulsive. Maintenant, nous pouvons également répondre à la question de savoir si l'eau flotte ou non: des expériences ont montré que, par exemple, une grenouille (créature aquatique) peut être suspendue à l'aide d'un aimant extrêmement puissant! Dans les supraconducteurs, la force de répulsion entre les deux champs magnétiques est très forte, raison pour laquelle ils sont souvent qualifiés de diamagnétiques parfaits. Les aimants déjà faibles peuvent donc déjà laisser flotter les supraconducteurs.
Contexte physique
L’intensité d’une aimantation peut être décrite avec la perméabilité magnétique µ. Pour cela, nous clarifions d’abord les conditions physiques de base: Il existe donc une aimantation M dans le champ magnétique externeH0. Si ce champ magnétique multiplié par la perméabilité magnétique, on obtient la totalité du champ magnétique H. Voici la formule: H = H0* μ (1) Ce qui suit s'applique à l'aimantation M: M = H - H0 (2) Avec (1), ce qui suit est valable pour la magnétisation M: M = μ * H0- H0= (μ - 1) * H0
Pour les substances ferromagnétiques et paramagnétiques, la perméabilité est supérieure à 1. Pour le fer, elle est comprise entre 1 et 2. Pour les matériaux diamagnétiques, la perméabilité magnétique est inférieure à 1: cela signifie que le champ magnétique ne pénètre pas dans le supraconducteur. Une autre idée est que l'aimantation est dirigée contre le champ externe et de magnitude égale, ce qui explique pourquoi le supraconducteur compense le champ externe. Ainsi, un supraconducteur n’a pas de facteur de transmission de la densité de flux magnétique. Au contraire: le champ magnétique n’est situé qu’à l’extérieur du supraconducteur, car la résistance magnétique de ce supraconducteur est infiniment grande.