Küllap on mõnedki
näinud demoeksperimenti vertikaalses vasktorus üliaeglaselt
langeva neodüümmagnetiga. Magneti langemist pidurdab
muutuva magnetvälja mõjul toru seintes tekkinud
keerisvoolude magnetväli, mille tulemusel magnet omandab
tasakaalulise kiiruse umbes 0,1 m/s. Üldistest füüsikalistest
arusaamadest lähtuvalt on loomulik oletada, et mida väiksem
on toru materjali eritakistus, seda aeglasemalt magnet langeb. Nagu
see ka tegelikult on. Aga kui vasktoru asendada ülijuhiga? Kas
siis peaks magnet torus seisma jääma? Mõneti
üllatavalt on olukord hoopis vastupidine – piisavalt kaugel
toru otstest (ja õhutakistust mitte arvestades) liigub magnet
ülijuhtivas torus vaba langemise kiirendusega.
Tulemus on
mõistetavam, kui vaadelda toru liikumist paigalseisva
magneti suhtes. Ülijuhtiv toru on ideaalne diamagneetik,
mille sisse magnetväli ei suuda tungida. Seetõttu mõjub
talle välises magnetväljas jõud, mis püüab
viia ülijuhti nõrgemasse välja. Kui toru on magneti
mõõtmetega võrreldes piisavalt pikk ja magnet
asetseb toru otstest piisavalt kaugel, siis ei muuda magneti ja toru
suhtelised nihked oluliselt süsteemi energiat – torule mõjuv
jõud on väga väike (raskusjõudu arvestamata).
Küll tuleb jõudu kulutada magneti torusse surumiseks –
vaid oma raskuse ja magnetjõudude mõjul võibki
ta jääda toru ülemise otsa kohale hõljuma
(Meissneri levitatsioon). Erinevus harilike ja ülijuhtide vahel
seisneb selles, et esimesel juhul magnetile mõjuv jõud
sõltub oluliselt ta kiirusest, teisel juhul aga asendist
ülijuhi suhtes. Selle põhjuseks on asjaolu, et harilikus
juhis tekitatud keerisvoolud sumbuvad praktiliselt hetkeliselt, kui
magnetväli enam ei muutu, ülijuhis tekkinud vool on aga
sumbumatu.
Et asi siiski liiga
lihtne ei oleks, siis märgime, et II liiki ülijuhtides,
mille hulka kuuluvad ka kuulsad kõrgtemperatuursed ülijuhid,
mõjutavad magneti liikumist veel ka magnetvorteksid ja nende
lõksustumine (ik pinning) ülijuhi ja
magnetmaterjali defektidel. See pidurdab magneti liikumist
kirjeldatud “torukatses” ka pika ülijuhtiva toru sisemuses.
Allikas:
http://physicsweb.org/articles/news/10/9/13/1
Koostas: Jaak Kikas