Опыт академика Аркадьева. Над свинцовой чашей, находящейся в сверхпроводящем состоянии, помещают лёгкий магнит (рис. 316). Объясните, почему магнит не падает, а как бы парит над чашей. Прочитайте в литературе о сверхпроводимости.

рис. 316

Этот опыт связан с явлением сверхпроводимости, которое возникает в некоторых материалах при низких температурах. Для того чтобы объяснить, почему магнит "парит" над свинцовой чашей, необходимо рассмотреть ключевые физические понятия, связанные с этим явлением.

Сверхпроводимость — это состояние некоторых материалов, при котором их электрическое сопротивление становится равным нулю при достижении критической температуры, характерной для данного материала. Сверхпроводники имеют не только нулевое сопротивление, но и проявляют уникальный эффект, известный как эффект Мейснера.

Эффект Мейснера — это явление, при котором сверхпроводник вытесняет из своего объёма магнитное поле, становясь идеальным диамагнетиком. Это означает, что при переходе в состояние сверхпроводимости внутри сверхпроводника создаются токи, которые компенсируют приложенное магнитное поле, не позволяя магнитным линиям проникать внутрь материала. В результате магнитное поле полностью вытесняется из сверхпроводника.

Магнитное "парение" в данном опыте связано с двумя ключевыми аспектами:
1. Эффект Мейснера: Когда магнит размещается над свинцовой чашей, охлаждённой до сверхпроводящего состояния, магнитное поле, создаваемое магнитом, вытесняется сверхпроводником. Это приводит к появлению в сверхпроводнике индукционных токов, которые создают собственное магнитное поле, противоположно направленное полю магнита. Эти токи возникают таким образом, чтобы компенсировать воздействие внешнего магнитного поля в области сверхпроводника.
2. Сила отталкивания: Взаимодействие между магнитным полем магнита и противодействующим магнитным полем, индуцированным в сверхпроводнике, создаёт силу, которая отталкивает магнит от свинцовой чаши. Эта сила достаточно велика, чтобы уравновесить силу тяжести магнита, благодаря чему он "парит" над поверхностью.

Стоит упомянуть, что "парение" магнита над сверхпроводником также связано с эффектом фиксации магнитного потока (пиннинга). В некоторых случаях магнит фиксируется в определённой позиции над сверхпроводником, благодаря взаимодействию между магнитным полем магнита и сверхпроводниковым материалом.

Таким образом, магнит не падает на дно чаши, а удерживается в "подвешенном" положении благодаря явлению сверхпроводимости и эффекту Мейснера. Этот опыт является яркой демонстрацией удивительных свойств сверхпроводников, которые находят применение в различных областях науки и техники, таких как создание магнитных левитационных поездов, мощных магнитов для медицинской томографии и других высокотехнологичных устройств.