LANCIEN
DELFORGE
1S4
A quoi ressembleront les trains de demain?
TPE
l'effet Meissner
Par définition, l'effet Meissner est l'exclusion totale de tout champ magnétique dans un supraconducteur.
Cet effet a été découvert par Meissner et Ochsenfeld en 1933.
Une pastille en céramique YbaCuO, à son état normal, ne peut pas produire l'effet Meissner. En effet pour que l'effet Meissner soit visible et qu'ainsi la pastille produise un champ magnétique de même force que celui de l'aimant, il faut qu'elle soit refroidie à sa température critique.
En temps normal, le champ magnétique de l'aimant traverse et pénètre la pastille. Cependant, refroidie à température critique, la pastille devient supraconductrice. De ce fait, les électrons sont en libre circulation au sein de la pastille avec une résistance nulle. Comme le courant circule continuellement, un courant de surface va être créé. Ce courant est constitué d'ondes magnétiques qui vont repousser les ondes magnétiques subies par la pastille, en provenance de l'aimant. Ainsi, ce champs magnétique produit par le matériau, va s'opposer à celui de l'aimant et permettre à la pastille de léviter au dessus. Attention, le champ magnétique produit est égale à celui subi! Ce champ magnétique est le résultat de l'effet Meissner.
Cet effet est le résultat de la transition de phase de la pastille lors de son refroidissement.
Ici les ondes magnétiques sont representées en bleu.
La pastille est à température ambiante.
Nous pouvons voir que la pastille est traversée par le champ magnétique.
Ici, la pastille est refroidie à sa température critique.
Nous pouvons voir que le champ magnétique ne traverse pas la pastille. Il est repoussé et l'aimant est en lévitation.
Notre expérience
Comme vous avez pu le voir sur la page dédiée à la supraconductivité, nous avons réalisé une pastille en céramique YBaCuO. Puis nous avons voulu tester son efficacité. Nous avons donc essayé de mettre en évidence l'effet Meissner.
Pour cette expérience, nous avons besoin de la pastille, de l'azote liquide et d'un aimant suffisamment puissant pour que la pastille puisse créer un champ magnétique qui puissent faire léviter cet aimant. Il va de soi qu'il faut prendre des mesures de sécurité notament à l'égard de l'azote liquide.
Malheureusement l'aimant ne lévite pas! Ceci peut s'expliquer par de mauvais calculs lors de la pesée des composants dans les proportions stochioemétriques ou par un mauvais pastillage.
Suite à cet echec, nous voulions quand même vous mettre en évidence l'effet Meissner. Nous avons alors testé avec les pastilles du laboratoire.
Nous observons que l'aimant lévite lorsque la pastille est placée dans l'azote liquide.
La force Meissner est proportionnelle:
Au volume de la pastille supraconductrice.
A la dérivée du champ magnétique selon l’axe Z.
Noté dBz/dz en physique
Et B’(z) en mathématique
La fonction du champ magnétique est:
B(x)=(x3 / 3) - x2 + x (avec x<1)
Donc la dérivée de cette fonction est:
B’(x)=x2 – 2x + 1
C'est grâce à cette dérivée que nous pouvons calculer B'(z) qui représente le coefficient directeur de la tangente au champ magnétique au point z.
La pastille cherche l'endroit où les variations de champ magnétique sont les plus faibles (donc où le champ magnétique est le plus faible). Cet endroit est la position à laquelle B'(z) sera le plus proche de zéro. Plus B’(z) est proche de 0 plus la pastille sera stable au dessus de l’aimant.
(z)