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.