Supergeleiders

De supergeleiding hoort tot de wel meest fantastische ontdekkingen van de moderne natuurkunde. Het is al zeer fascinerend, dat een materiaal geen elektrische weerstand heeft. Wereldwijd bekend geworden zijn echter vooral de beelden, die laten zien, hoe een supergeleider boven de pool van een permanente magneet zweeft of omgekeerd.

Waarom zweeft een supergeleider in het magnetisch veld?

De reden voor de afstotende magnetische krachten tussen een supergeleider en een magneetveld is het diamagnetisme van de supergeleider.

Veel materialen zijn diamagnetisch. Water is dat ook. Diamagneten bezitten geen elementaire magneten zoals para- of ferromagneten, die zich in een extern magneetveld kunnen uitlijnen. Maar er treedt een inductie-effect op, wanneer een diamagneet in een extern magneetveld wordt gebracht.

Er wordt een stroom in het materiaal geïnduceerd, die een magnetisch moment veroorzaakt, dat, in overeenstemming met de wet van Lenz, in tegengestelde richting tot het externe magneetveld verloopt. Zo ontstaat een zwak afstotende kracht. Met behulp van extreem sterke magneetvelden lukte het zelfs al een kikker, als waterhoudend levend wezen, te laten zweven.

Een diamagneet (bijv. water) wordt dus afgestoten, wanneer hij in een magnetisch veld wordt gebracht, maar erg zwak. De afstotende kracht tussen magneetvelden en diamagnetische stoffen is alleen bij supergeleiders sterk. Supergeleiders worden daarom ook "perfecte diamagneten" genoemd. Ze vertonen een magnetisatie, die de magnetische fluxdichtheid in de binnenruimte van de supergeleider volledig verdringt. De supergeleider zweeft vanwege de afstotende diamagnetische werking al boven een relatief zwakke magneet.

Magnetische permeabiliteit bij supergeleiders

Ter beschrijving van de magnetisatie sterkte werd de magnetische permeabiliteit μ ingevoerd.

In een extern magnetisch veld H₀ treedt de magnetisatie M op. Door het externe magnetische veld H₀ met de permeabiliteit μ te vermenigvuldigen krijgt men het totale magneetveld H in aanwezigheid van de stof: H= μ•H₀.

Dit magneetveld is de som van het externe magneetveld H₀ en de magnetisatie van het materiaal M:

H=M+H₀.

Zodoende geldt voor de magnetisatie: M=H-H₀=μ•H₀-H₀=(μ-1)•H₀.

Men noemt de factor (μ-1) ook de magnetische susceptibiliteit χ en hieruit volgt M=χ•H₀. Para- en ferromagnetische stoffen hebben een permeabiliteit groter dan 1. De magnetische susceptibiliteit is dus groter dan nul. De permeabiliteit van diamagnetische stoffen is iets kleiner dan 1, de susceptibiliteit dienovereenkomstig kleiner dan nul. Bij een supergeleider is de magnetische permeabiliteit μ gelijk 0 en de susceptibiliteit χ gelijk -1. Dus dringt de magnetische flux helemaal niet meer in de supergeleider. Men kan zich ook voorstellen, dat de magnetisatie bij supergeleiders gelijk is aan het van buiten invallende veld, alleen in de tegenovergestelde richting. Daarom wordt het uitwendige veld in de supergeleider gecompenseerd.

Een supergeleider bezit dus geen doorlatendheid voor magnetische flux. Hij heeft een oneindig grote magnetische weerstand. De supergeleider verdringt de magnetische flux compleet uit zijn binnenste.

Spannende projecten tonen onze magnetische projecten met supergeleiders.