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Meißner-Ochsenfeld-Effekt
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Meißner-Ochsenfeld-Effekt

Supraleiter sind perfekte Diamagneten; sie verdrängen Magnetfelder vollständig aus ihrem Inneren. Ein äußeres Magnetfeld vermag lediglich ca. 100 nm in das supraleitende Material einzudringen, tiefere Schichten sind feldfrei. Dieser Effekt, der sogenannte Meißner-Ochsenfeld-Effekt, ist mit der klassischen Physik nicht erklärbar und charakteristisch für Supraleiter in der Meißner-Phase, weshalb er zum Nachweis der Supraleitfähigkeit eines Materials herangezogen wird. Hier wird der Meißner-Ochsenfeld-Effekt an einem Pellet des Hochtemperatursupraleiters Yttriumbariumkupferoxid (YBCO) demonstriert.

Geräte:

Plastikschale, Pellet aus YBCO, NdFeB-Magnet, Kunststoffpinzette

Chemikalien:

flüssiger Stickstoff


Hinweis: Flüssiger Stickstoff kann schwerste Erfrierungen hervorrufen und ist mit entsprechender Vorsicht zu handhaben.

Durchführung:

Das YBCO-Pellet wird zunächst in flüssigen Stickstoff getaucht, bis das Sieden nachlässt. Eine flache Schale wird mit so viel flüssigem Stickstoff gefüllt, dass das nun hineingelegte YBCO-Pellet an der Oberseite gerade nicht mit flüssigem Stickstoff bedeckt ist. Nun wird mit einer Kunststoffpinzette ein Magnet über das YBCO-Pellet gehalten und losgelassen.

Entsorgung:

Überschüssigen flüssigen Stickstoff lässt man verdampfen.

Erklärung:

Der Versuch, den Meißner-Ochsenfeld-Effekt gemäß der klassischen Physik mit der Lenzschen Regel zu erklären ("ein magnetisches Feld erzeugt im Supraleiter einen Strom, welcher ein entgegengesetztes Feld erzeugt, das zur Abstoßung führt") scheitert daran, dass ein auf den Supraleiter oberhalb der Sprungtemperatur gelegter Magnet beim Übergang des Supraleiters in die Meißnerphase durch Abkühlung auch abgestoßen wird, obwohl in diesem Fall kein Strom induziert würde. Die bisher befriedigendste Beschreibung des supraleitenden Zustands inklusive des Meißner-Ochsenfeld-Effekts liefern die London-Gleichungen.

Bild:


Ein Magnet schwebt aufgrund des Meißner-Ochsenfeld-Effekts über einem auf -196°C gekühlten YBCO-Supraleiter.

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Toll gemacht!

Bier am Stiel Mr. Green

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Ich bin ja mal auf das Video der aktiven Krebsprävention gespannt Mr. Green

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Anwesenheit sehr wahrscheinlich.

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Abusus non tollit usum.

Wären Maulaffen giftige Gefahrstoffe im Sinne der GefStoffV, könnte man das Gaffen an Privatpersonen durch Personen ohne Sachkunde nach §5 ChemVerbotsV nach §328 StGB bestrafen.
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Solche Expis finde ich einfach nur cool! Cool

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Warum fällt der Magnet denn nicht einfach seitlich von dem Supraleiter ´runter?

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Das tut er meistens. Es ist ein echtes Kunststück, ihn so zu platzieren, dass er beim Loslassen nicht zur Seite wegdriftet, aber es geht.

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Zitat:
Erklärung:
Der Versuch, den Meißner-Ochsenfeld-Effekt gemäß der klassischen Physik mit der Lenzschen Regel zu erklären ("ein magnetisches Feld erzeugt im Supraleiter einen Strom, welcher ein entgegengesetztes Feld erzeugt, das zur Abstoßung führt") scheitert daran, dass ein auf den Supraleiter oberhalb der Sprungtemperatur gelegter Magnet beim Übergang des Supraleiters in die Meißnerphase durch Abkühlung auch abgestoßen wird, obwohl in diesem Fall kein Strom induziert würde. Die bisher befriedigendste Beschreibung des supraleitenden Zustands inklusive des Meißner-Ochsenfeld-Effekts liefern die London-Gleichungen.


Kannst du die Erklärung ncoh verbessern? Ich vermute, daß nicht nur ich damit Probleme habe. Wink

Wieso führt ein Magnet nicht zur Induktion eines Stromes, wenn man ihn auf den Supraleiter legt? Und was besagen die London-Gleichungen? Auch wenn es sich dabei um komplizierte mathematische Strukturen handelt, kann man die Kernaussage doch sicher in Worte fassen, oder ?

Und noch eine Frage: der Magnet wird doch gegen die Schwerkraft am Schwweben gehalten. Das heißt es muss ständig Energie aufgewendet werden, um ihn am herunterfallen zu hindern, so wie ich Muskelkraft (= chemische Energie durch Verbrauch von ATP) aufwenden muß, wenn ich einen Stein am ausgestreckten Arm halte. Woher kommt diese Energie in der beschriebenen Versuchsanordnung? Vermutung: das hat was mit der Entropiezunahme bei der Verdampfung des flüssigen Stickstoffes zu tun.

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Klar führt der Magnet zur Induktion eines Stroms, aber er wird nicht dadurch am Schweben gehalten. Bzgl. der London-Gleichungen werde ich mal schauen.

Nein, es wird keine Energie aufgewendet, sondern Kraft ausgeübt. Genauso wie auch ein Faden, an dem du den Magneten an der Decke aufhängen könntest, eine entsprechende Gegenkraft zur Schwerkraft ausüben würde, oder der Tisch auf den du den Magneten legst. Dafür wird keine Energie benötigt. Energie würde dann benötigt, wenn am Magneten tatsächlich Arbeit (Kraft mal Weg) verrichtet würde, dieser also z.B. vom Supraleiter immer weiter weggestoßen würde.

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Bei Diamagneten wie z.B. Bismut o. Gaphit ist auch der Effekt der Feldverdrängung am werk. Je nach Anordnung lässt sich damit ebenfalls ein Magnet zum Schweben bringen und das ohne Zuführung von Energie. Das lässt sich z.B. über Entfernungsmessung auch auf lange Zeit nachweisen.
Bei Bismut ist der Diamagnetismus allerdings viel schwächer ausgeprägt (ca. 10^-4mal schwächer) als bei einem Supraleiter, dennnoch kann man einen kleinen Magneten schweben lassen.
Graphit nur in seiner kristalienen Form senkrecht zur Gitterebene einen nennenswerten Diamagnetismus auf. Diese Dareichungsform ist leider nicht grade gängige Handelsware.
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Zitat:

Wieso führt ein Magnet nicht zur Induktion eines Stromes, wenn man ihn auf den Supraleiter legt?

Weil der Supraleiter oberhalb der Sprungtemperatur ein Material ist, das eine dem Vakuum ähnliche magnetische Suszeptibilität und geringe Leitfähigkeit besitzt. Ein Stück Keramik auf einen Magneten zu legen ist ziemlich effektfrei. Ruht der Magnet relativ zum Supraleiter kann generell kein Strom induziert werden, da ja das Magnetfeld im Supraleiter zeitlich konstant ist. Wenn man dann anschließend den Suraleiter kühlt, dann müsste da das Magnetfeld noch immer zeitlich konstant bleibt der Magnet liegen bleiben, egal wie sich seine Leitfähigkeit/Induktivität ändert.

Die London-Gleichungen beschreiben das Abklingen des Magnetfeldes im Supraleiter und besagen erstens, dass das Feld nicht sprunghaft sondern exponentiell über wenige nm abfällt und zusätzlich, dass es aktiv herausgedrängt wird. Also drängt auch ein ruhender Supraleiter das Feld aus seinem Inneren heraus und muss deswegen schweben.

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Wenn die Menschen und die Dschinn sich zusammentäten, etwas, das diesem Post gleicht, zustande zu bringen, würde ihnen das nicht gelingen – selbst wenn sie einander helfen würden.
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