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Meissner-Effekt

1933
  • Walther Meissner
  • Robert Ochsenfeld
Supraleiter im Labor zur Demonstration des Meissner-Effekts in der Festkörperphysik.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Discovered in 1933 by Walther Meissner and Robert Ochsenfeld, the Meissner effect is the expulsion of a magnetic field from a superconductor during its transition to the superconducting state. When a material is cooled below its kritische Temperatur ([latex]T_c[/latex]) in the presence of a weak external magnetic field, it actively cancels all magnetic flux inside it, becoming a perfect diamagnet.

The Meissner effect is a defining characteristic of Supraleitung, distinguishing it from a hypothetical perfect conductor. A perfect conductor, according to Lenz’s law, would trap any existing magnetic field inside it as it cools, because changing the flux would induce currents to oppose the change. In contrast, a superconductor actively expels the field. This expulsion is achieved by the generation of screening currents on the surface of the material. These currents create a magnetic field that perfectly cancels the external field within the bulk of the superconductor. The magnetic field penetrates only a small distance into the surface, known as the London penetration depth ([latex]\lambda[/latex]). This discovery was crucial because it showed that superconductivity is a true thermodynamic phase transition, not just a case of infinite conductivity. It provided a key piece of the puzzle that any microscopic theory of superconductivity would have to explain. The effect is the basis for the dramatic levitation demonstrations where a magnet floats above a high-temperature superconductor cooled with liquid nitrogen. The expulsion of the magnet’s field by the superconductor creates a repulsive force strong enough to counteract gravity.

Der Meißner-Effekt versagt, wenn das angelegte Magnetfeld zu stark ist. Bei Supraleitern vom Typ I wird die Supraleitung oberhalb eines kritischen Feldes [latex]H_c[/latex] abrupt zerstört. Bei Supraleitern vom Typ II dringt das Feld oberhalb eines unteren kritischen Feldes [latex]H_{c1}[/latex] in Form von quantisierten Flusswirbeln in das Material ein, während das Material bis zu einem deutlich höheren oberen kritischen Feld [latex]H_{c2}[/latex] supraleitend bleibt.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Festkörperphysik

Typ

Physikalische Eigenschaft

Störung

Grundlegendes

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Entdeckung der Supraleitung (1911)
  • Maxwells Gleichungen des Elektromagnetismus
  • Lenzsche Regel
  • Verständnis des Diamagnetismus

Anwendungen

  • Magnetschwebebahnen
  • supraleitende Magnetlager
  • Diagnostik supraleitender Materialien
  • Demonstrationen von Quantenphänomenen

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • reibungslose Hochgeschwindigkeitstransportsysteme in Vakuumröhren
  • selbstorganisierende Strukturen mit programmierbaren Magnetfeldern und Supraleitern
  • aktive Abschirmung empfindlicher Elektronik gegen elektromagnetische Störungen
  • berührungslose Manipulation von Objekten in Fertigung und Medizin
  • hoverboards using high-temperature superconductors
  • Stabilisierungssysteme für schwimmende Architektur
  • Geräte mit haptischem Feedback erzeugen schwebende, taktile Formen
  • Abfall Sortierung systems using magnetic levitation to separate materials
  • leise, reibungslose Pumpen für korrosive oder empfindliche Flüssigkeiten
  • Gyroskope mit schwebenden Rotoren für ultrapräzise Navigation
Related to: Meissner effect, superconductivity, diamagnetism, magnetic field expulsion, London penetration depth, kritische Temperatur, Type I superconductor, screening currents, magnetic levitation, phase transition.

Historischer Kontext

Meissner-Effekt

1930
1931
1932
1933
1937
1940
1947
1930
1930
1931
1932
1936-01-01
1938
1940
1950

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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