A levitáció a gravitáció leküzdése, amelyben az alany vagy tárgy támasz nélkül van a térben. A "levitáció" szó a latin Levitas szóból származik, ami "könnyedséget" jelent.

Helytelen a levitáció és a repülés egyenlőségjelet tenni, mert ez utóbbi a légellenálláson alapul, ezért a madarak, rovarok és egyéb állatok repülnek, és nem lebegnek.

Levitáció a fizikában

A fizikában a levitáció a test stabil helyzetét jelenti a gravitációs térben, miközben a test nem érinthet más tárgyakat. A levitáció néhány szükséges és nehéz feltételt foglal magában:

• Olyan erő, amely képes ellensúlyozni a gravitációs vonzást és a gravitációs erőt.
• Az az erő, amely képes biztosítani a test stabilitását a térben.

A Gauss-törvényből következik, hogy statikus mágneses térben a statikus testek vagy tárgyak nem képesek levitációra. Ha azonban megváltoztatod a feltételeket, elérheted a levitációt.

kvantumlebegés

A nagyközönség először 1991 márciusában szerzett tudomást a kvantumlevitációról, amikor egy érdekes fotót publikáltak a Nature tudományos folyóiratban. A tokiói szupravezetési kutatólaboratórium igazgatója, Don Tapscott egy kerámia szupravezető lemezen állt, és nem volt semmi a padló és a lemez között. A fotó valódinak bizonyult, és a lemez, amely a rajta álló rendezővel együtt körülbelül 120 kilogrammot nyomott, a Meissner-Ochsenfeld effektusként ismert szupravezető effektusnak köszönhetően a padló felett lebeghetett.

Diamágneses levitáció

Ez a víztartalmú test mágneses mezőjében lebegő állapotban való tartózkodás típusának elnevezése, amely önmagában is diamágnes, azaz olyan anyag, amelynek atomjai a fő elektromágneses tér irányával szemben mágnesezhetők. .

A diamágneses levitáció folyamatában a fő szerepet a vezetők diamágneses tulajdonságai játsszák, amelyek atomjai külső mágneses tér hatására kismértékben megváltoztatják az elektronok mozgásának paramétereit molekuláikban, ami a vezetők megjelenéséhez vezet. a fővel ellentétes, gyenge mágneses tér. Ennek a gyenge elektromágneses térnek a hatása elegendő a gravitáció legyőzéséhez.

A diamágneses levitáció demonstrálására a tudósok ismételten kísérleteket végeztek kis állatokon.

Ezt a fajta levitációt élő tárgyakon végzett kísérletekben használták. Körülbelül 17 Tesla indukciós külső mágneses térben végzett kísérletek során a békák és egerek felfüggesztett állapotát (levitációját) érték el.

Newton harmadik törvénye szerint a diamágnesek tulajdonságai fordítva is felhasználhatók, vagyis a mágnes lebegtetésére a diamágneses mezőben, vagy a stabilizálására elektromágneses térben.

A diamágneses levitáció természetében megegyezik a kvantumlebegővel. Vagyis a Meissner-effektushoz hasonlóan a mágneses tér abszolút elmozdulása következik be a vezető anyagából. Az egyetlen apró különbség az, hogy a diamágneses levitáció eléréséhez sokkal erősebb elektromágneses térre van szükség, de egyáltalán nem szükséges a vezetők hűtése a szupravezetés eléréséhez, mint a kvantumlebegtetésnél.

Otthon akár több kísérletet is beállíthatunk a diamágneses levitációra, például ha van két bizmutlemezünk (ami egy diamágnes), akkor egy alacsony indukciójú, kb. 1 T mágnest függő állapotba állíthatunk. Ráadásul egy 11 Tesla indukciójú elektromágneses térben egy kis mágnes felfüggesztett állapotban stabilizálható, ha ujjaival állítjuk a helyzetét, miközben egyáltalán nem érintjük a mágnest.

A közönséges diamágnesek szinte mindegyike inert gáz, foszfor, nitrogén, szilícium, hidrogén, ezüst, arany, réz és cink. Még az emberi test is diamágneses a megfelelő elektromágneses mágneses térben.

mágneses lebegés

A mágneses levitáció egy hatékony módszer egy tárgy mágneses tér segítségével történő felemelésére. Ebben az esetben mágneses nyomást használnak a gravitáció és a szabadesés kompenzálására.

Earnshaw tétele szerint lehetetlen egy tárgyat a gravitációs térben stabilan tartani. Vagyis ilyen körülmények között a levitáció lehetetlen, de ha figyelembe vesszük a diamágnesek, az örvényáramok és a szupravezetők hatásmechanizmusait, akkor hatékony levitáció érhető el.

Ha a mágneses levitáció mechanikai támasztékot biztosít, akkor ezt a jelenséget pszeudo-levitációnak nevezzük.

Meissner-effektus

A Meissner-effektus a mágneses tér abszolút elmozdulásának folyamata a vezető teljes térfogatából. Ez általában a vezető szupravezető állapotba való átmenete során következik be. Ebben különböznek a szupravezetők az ideálisaktól - annak ellenére, hogy mindkettőnek nincs ellenállása, az ideális vezetők mágneses indukciója változatlan marad.

Ezt a jelenséget először 1933-ban figyelte meg és írta le két német fizikus - Meissner és Oksenfeld. Ezért néha a kvantumlebegést Meissner-Ochsenfeld hatásnak nevezik.

Az elektromágneses tér általános törvényszerűségeiből az következik, hogy a vezető térfogatában mágneses tér hiányában csak a felületi áram van jelen benne, amely a szupravezető felületéhez közeli teret foglalja el. Ilyen körülmények között a szupravezető ugyanúgy viselkedik, mint a diamágnes, miközben nem az.

A Meissner-effektus a szupravezetők minőségétől függően teljes és részlegesre oszlik. A teljes Meissner-effektus akkor figyelhető meg, ha a mágneses mező teljesen elmozdul.

Magas hőmérsékletű szupravezetők

Kevés tiszta szupravezető van a természetben. Szupravezető anyagaik többsége ötvözet, amelyek legtöbbször csak részleges Meissner-hatást mutatnak.

A szupravezetőknél a mágneses mező térfogatából való teljes kiszorítása az, amely az anyagokat első és második típusú szupravezetőkké választja szét. Az első típusú szupravezetők olyan tiszta anyagok, mint a higany, az ólom és az ón, amelyek még erős mágneses térben is képesek a teljes Meissner-effektust kimutatni. A második típusú szupravezetők leggyakrabban ötvözetek, valamint kerámiák vagy egyes szerves vegyületek, amelyek nagy indukciójú mágneses tér körülményei között csak részben képesek kiszorítani a mágneses teret a térfogatukból. Ennek ellenére nagyon alacsony mágneses térindukció mellett gyakorlatilag minden szupravezető, beleértve a második típust is, képes a teljes Meissner-effektusra.

Több száz ötvözet, vegyület és számos tiszta anyag rendelkezik a kvantum szupravezetés jellemzőivel.

Tapasztalja meg a "Mohamed koporsóját"

A "Mohamed koporsója" egyfajta trükk a levitációval. Ez volt a kísérlet neve, ami egyértelműen mutatja a hatást.

A muszlim legenda szerint Magomed próféta koporsója a levegőben lógott, minden támogatás és támogatás nélkül. Ezért van az élménynek ilyen neve.

A tapasztalat tudományos magyarázata

Szupravezető képesség csak nagyon alacsony hőmérsékleten érhető el, ezért a szupravezetőt előre le kell hűteni, például magas hőmérsékletű gázok, például folyékony hélium vagy folyékony nitrogén segítségével.

Ezután mágnest helyeznek a lapos hűtött szupravezető felületére. Még a 0,001 Teslát meg nem haladó minimális mágneses indukciós mezőkben is körülbelül 7-8 milliméterrel emelkedik a mágnes a szupravezető felülete fölé. Ha a mágneses térerősséget fokozatosan növeljük, a szupravezető felülete és a mágnes közötti távolság egyre jobban megnő.

A mágnes addig lebeg, amíg a külső feltételek meg nem változnak, és a szupravezető elveszíti szupravezető tulajdonságait.

A nulla elektromos ellenállásnál még fontosabb tulajdonsága a szupravezetőnek az úgynevezett Meissner-effektus, amely egy állandó mágneses tér elmozdulásából áll a szupravezetőből. Ebből a kísérleti megfigyelésből arra a következtetésre jutunk, hogy a szupravezető belsejében csillapítatlan áramok léteznek, amelyek a külső, alkalmazott mágneses térrel ellentétes belső mágneses teret hoznak létre és kompenzálják azt.

Egy adott hőmérsékleten kellően erős mágneses tér tönkreteszi az anyag szupravezető állapotát. Kritikus térnek nevezzük azt a H c erősségű mágneses teret, amely adott hőmérsékleten az anyag szupravezető állapotból normál állapotba való átmenetét idézi elő. A szupravezető hőmérsékletének csökkenésével a H c értéke nő. A kritikus mező hőmérsékletfüggését jó pontossággal írja le a kifejezés

hol van a kritikus mező nulla hőmérsékleten. A szupravezetés akkor is megszűnik, ha a kritikusnál nagyobb sűrűségű elektromos áramot vezetünk át a szupravezetőn, mivel ez a kritikusnál nagyobb mágneses teret hoz létre.

A szupravezető állapot tönkretétele mágneses tér hatására eltérő az I. és II. típusú szupravezetők esetében. A II-es típusú szupravezetők esetében a kritikus mezőnek 2 értéke van: H c1, amelynél a mágneses tér Abrikosov örvények formájában áthatol a szupravezetőn, és H c2 - amelynél a szupravezetés eltűnik.

izotópos hatás

A szupravezetők izotóphatása az, hogy a T c hőmérsékletek fordítottan arányosak ugyanazon szupravezető elem izotópjainak atomtömegének négyzetgyökével. Ennek következtében a monoizotóp-készítmények kritikus hőmérsékletükben némileg eltérnek a természetes keveréktől és egymástól.

Londoni pillanat

A forgó szupravezető a forgástengelyhez pontosan illeszkedő mágneses teret hoz létre, a keletkező mágneses momentumot "London-nyomatéknak" nevezik. Különösen a "Gravity Probe B" tudományos műholdban használták, ahol négy szupravezető giroszkóp mágneses mezőit mérték a forgástengelyük meghatározására. Mivel a giroszkópok rotorjai szinte tökéletesen sima gömbök voltak, a londoni nyomaték felhasználása azon kevés módok egyike volt a forgástengelyük meghatározására.

A szupravezetés alkalmazásai

Jelentős előrelépés történt a magas hőmérsékletű szupravezetés elérése terén. A cermet alapján például YBa 2 Cu 3 O x összetételű anyagokat kaptak, amelyeknél a szupravezető állapotba való átmenet T c hőmérséklete meghaladja a 77 K-t (a nitrogén cseppfolyósítási hőmérséklete). Sajnos szinte minden magas hőmérsékletű szupravezető technológiailag nem fejlett (törékeny, nem rendelkezik stabil tulajdonságokkal stb.), aminek következtében a nióbiumötvözet alapú szupravezetőket továbbra is alkalmazzák a technikában.

A szupravezetés jelenségét erős mágneses mezők előállítására használják (például ciklotronokban), mivel nincs hőveszteség a szupravezetőn áthaladó erős áramok során, amelyek erős mágneses tereket hoznak létre. Tekintettel azonban arra, hogy a mágneses tér tönkreteszi a szupravezető állapotot, az úgynevezett mágneses mezőket használják erős mágneses mezők előállítására. a második típusú szupravezetők, amelyekben lehetséges a szupravezetés és a mágneses tér együttélése. Az ilyen szupravezetőkben a mágneses tér a mintán áthatoló vékony normál fémszálak megjelenését idézi elő, amelyek mindegyike mágneses fluxus kvantumát hordozza (Abrikosov-örvények). A szálak közötti anyag szupravezető marad. Mivel a II. típusú szupravezetőben nincs teljes Meissner-effektus, a szupravezetés a H c 2 mágneses tér sokkal magasabb értékeiig fennáll. A technológiában elsősorban a következő szupravezetőket használják:

Léteznek szupravezető alapú fotondetektorok. Vannak, akik kritikus áram jelenlétét használják, Josephson-effektust, Andreev-reflexiót stb. Így léteznek szupravezető egyfoton-detektorok (SSPD) az infravörös tartományban lévő egyes fotonok detektálására, amelyek számos előnnyel rendelkeznek a detektorokkal szemben. hasonló tartományú (PMT stb.), más regisztrációs módszerekkel .

A legelterjedtebb IR detektorok összehasonlító jellemzői a nem-szupravezető tulajdonságok alapján (az első négy), valamint a szupravezető detektorok (az utolsó három):

A detektor típusa	Maximális számlálási sebesség, s −1	Kvantumhatékonyság, %	, c −1	NEP Ked
InGaAs PFD5W1KSF APS (Fujitsu)
R5509-43 PMT (Hamamatsu)
Si APD SPCM-AQR-16 (EG\&G)
Mepsicron II (Quantar)
			kevesebb, mint 1 10 -3	kevesebb, mint 1 10 -19
			kevesebb, mint 1 10 -3

A II-es típusú szupravezetők örvényei memóriacellaként használhatók. Néhány mágneses szoliton már talált hasonló alkalmazást. Vannak bonyolultabb két- és háromdimenziós mágneses szolitonok is, amelyek folyadékok örvényeire emlékeztetnek, csak az áramvonalak szerepét játsszák bennük azok a vonalak, amelyek mentén elemi mágnesek (tartományok) sorakoznak fel.

Az egyenáram szupravezetőn való áthaladása során fellépő fűtési veszteségek hiánya vonzóvá teszi a szupravezető kábelek alkalmazását az elektromos áram szállítására, mivel egyetlen vékony földalatti kábel képes energiát továbbítani, ami a hagyományos módszer szerint teljesítmény létrehozását igényli. vonal áramkör több, sokkal nagyobb vastagságú kábellel. A széleskörű elterjedést akadályozó probléma a kábelek költsége és karbantartása - a folyékony nitrogént folyamatosan kell szivattyúzni a szupravezető vezetékeken. Az első kereskedelmi szupravezető távvezetéket az American Superconductor üzembe helyezte a New York-i Long Islanden 2008 júniusának végén. A dél-koreai energiarendszerek 2015-ig 3000 km összhosszúságú szupravezető távvezetékeket hoznak létre.

Egy fontos alkalmazás található a miniatűr szupravezető gyűrűs eszközökben - SQUID-okban, amelyek működése a mágneses fluxus és a feszültség változásai közötti kapcsolaton alapul. Részei szuperérzékeny magnetométereknek, amelyek a Föld mágneses terét mérik, és az orvostudományban is használják különféle szervek magnetogramjának előállítására.

Szupravezetőket is használnak a maglevekben.

A szupravezető állapotba való átmenet hőmérsékletének a mágneses tér nagyságától való függésének jelenségét a kriotronok által vezérelt ellenállásoknál alkalmazzák.

A jelenséget először 1933-ban Meisner és Oksenfeld német fizikusok figyelték meg. A Meissner-effektus azon a jelenségen alapul, hogy a szupravezető állapotba való átmenet során a mágneses tér teljesen elmozdul az anyagból. A hatás magyarázata a szupravezetők elektromos ellenállásának szigorúan nulla értékéhez kapcsolódik. A mágneses mező behatolása egy közönséges vezetőbe a mágneses fluxus megváltozásával jár, ami viszont indukciós és indukált áramok EMF-jét hoz létre, amelyek megakadályozzák a mágneses fluxus változását.

A mágneses tér mélységig behatol a szupravezetőbe, a mágneses tér elmozdulása a szupravezetőtől, amelyet a London állandónak nevezett állandó határozza meg:

. (3.54)

Rizs. 3.17 A Meissner-effektus vázlata.

Az ábrán láthatók a mágneses tér vonalai és azok elmozdulása egy szupravezetőből a kritikus hőmérséklet alatti hőmérsékleten.

Amikor a hőmérséklet átlépi a kritikus értéket, a szupravezető mágneses mezője élesen megváltozik, ami EMF-impulzus megjelenéséhez vezet az induktorban.

Rizs. 3.18 A Meissner-effektust megvalósító érzékelő.

Ezt a jelenséget ultragyenge mágneses mezők mérésére, létrehozására használják kriotronok(kapcsolókészülékek).

Rizs. 3.19 A kriotron tervezése és kijelölése.

Szerkezetileg a kriotron két szupravezetőből áll. A tantál vezető köré egy nióbium tekercs van feltekerve, amelyen keresztül folyik a vezérlőáram. A vezérlőáram növekedésével a mágneses térerősség nő, és a tantál a szupravezető állapotból a szokásos állapotba kerül. Ebben az esetben a tantál vezető vezetőképessége élesen megváltozik, és az áramkörben az üzemi áram gyakorlatilag eltűnik. A kriotronok alapján például szabályozott szelepeket hoznak létre.

A nulla ellenállás nem az egyetlen jellemzője a szupravezetésnek. Az egyik fő különbség a szupravezetők és az ideális vezetők között a Meissner-effektus, amelyet Walter Meissner és Robert Oksenfeld fedezett fel 1933-ban.

A Meissner-effektus abban áll, hogy a szupravezető „kiszorítja” a mágneses teret a térnek az általa elfoglalt részéből. Ezt a szupravezető belsejében lévő csillapítatlan áramok okozzák, amelyek az alkalmazott külső mágneses térrel ellentétes belső mágneses teret hoznak létre és kompenzálják azt.

Egy külső állandó mágneses térben lévő szupravezető lehűtésekor a szupravezető állapotba való átmenet pillanatában a mágneses tér teljesen kiszorul a térfogatából. Ez különbözteti meg a szupravezetőt az ideális vezetőtől, amelyben ha az ellenállás nullára csökken, a térfogatban a mágneses tér indukciójának változatlannak kell maradnia.

A mágneses tér hiánya a vezető térfogatában lehetővé teszi, hogy a mágneses tér általános törvényeiből arra következtessünk, hogy csak felületi áram van benne. Fizikailag valóságos, ezért a felszín közelében vékony réteget foglal el. Az áram mágneses tere tönkreteszi a szupravezető belsejében lévő külső mágneses teret. Ebből a szempontból a szupravezető formálisan ideális diamágnesként viselkedik. Ez azonban nem diamágnes, mert benne a mágnesezettség nulla.

A Meissner-effektust először Fritz és Heinz London fivérek magyarázták. Megmutatták, hogy egy szupravezetőben a mágneses tér meghatározott mélységig hatol a felszíntől - a mágneses tér londoni behatolási mélységéig. λ . Fémekhez l~10 -2 µm.

A tiszta anyagok, amelyekben a szupravezetés jelensége megfigyelhető, nem sok. A szupravezetés gyakrabban fordul elő ötvözetekben. A tiszta anyagoknál a teljes Meissner-effektus érvényesül, míg az ötvözetek esetében nem lép fel a mágneses tér teljes kiszorítása a térfogatból (részleges Meissner-effektus). Azokat az anyagokat, amelyek a teljes Meissner-effektust mutatják, ún az első típusú szupravezetők , és a részleges a második típusú szupravezetők .

A kötetben található második típusú szupravezetők körkörös árammal rendelkeznek, amelyek mágneses teret hoznak létre, amely azonban nem tölti ki a teljes térfogatot, hanem külön szálak formájában oszlik el benne. Ami az ellenállást illeti, az egyenlő nullával, mint az első típusú szupravezetőknél.

Egy anyag szupravezető állapotba való átmenete együtt jár termikus tulajdonságainak megváltozásával. Ez a változás azonban a vizsgált szupravezető típusától függ. Így az I. típusú szupravezetőknél mágneses tér hiányában az átmeneti hőmérsékleten T S az átmenet (elnyelés vagy felszabadulás) hője eltűnik, és ennek következtében a hőkapacitás ugrásszerűen megnő, ami az ΙΙ típusú fázisátalakulásra jellemző. Ha a szupravezető állapotból a normál állapotba való átmenetet az alkalmazott mágneses tér megváltoztatásával hajtjuk végre, akkor hőt kell elnyelni (például ha a minta hőszigetelt, akkor a hőmérséklete csökken). Ez pedig egy Ι-rendű fázisátalakulásnak felel meg. Az ΙΙ típusú szupravezetők esetében a szupravezető állapotból a normál állapotba való átmenet bármilyen körülmények között ΙΙ típusú fázisátmenet lesz.

A mágneses tér kilökődésének jelensége figyelhető meg a kísérletben, amelyet "Mohamed koporsójának" neveztek. Ha egy mágnest egy lapos szupravezető felületére helyeznek, akkor lebegés figyelhető meg - a mágnes bizonyos távolságra lóg a felülettől anélkül, hogy megérintené. Még a 0,001 T nagyságrendű indukciós mezőkben is a mágnes felfelé tolódik el egy centiméteres nagyságrenddel. A szupravezetőből ugyanis kiszorul a mágneses tér, így a szupravezetőhöz közeledő mágnes egy ugyanolyan polaritású és pontosan akkora méretű mágnest "lát meg" - ami levitációt fog okozni.

Ennek a kísérletnek a neve - "Mohamed koporsója" - annak a ténynek köszönhető, hogy a legenda szerint a koporsó Mohamed próféta testével minden támasz nélkül lógott az űrben.

A szupravezetés első elméleti magyarázatát Fritz és Heinz London adta meg 1935-ben. Egy általánosabb elméletet épített fel 1950-ben L.D. Landau és V.L. Ginzburg. Széles körben elterjedt, és Ginzburg-Landau elméletként ismert. Ezek az elméletek azonban fenomenológiai jellegűek voltak, és nem tárták fel a szupravezetés részletes mechanizmusait. A mikroszkopikus szintű szupravezetést először 1957-ben magyarázták John Bardeen, Leon Cooper és John Schrieffer amerikai fizikusok. BCS elméletnek nevezett elméletük központi eleme az úgynevezett Cooper elektronpárok.

A Meissner-effektus vagy a Meissner-Ochsenfeld-effektus abban áll, hogy a szupravezető állapotba való átmenete során a mágneses mezőt kiszorítják a szupravezető térfogatából. Ezt a jelenséget 1933-ban fedezték fel Walter Meissner és Robert Oksenfeld német fizikusok, akik megmérték a mágneses tér eloszlását a szupravezető ón- és ólommintákon kívül.

A kísérlet során a szupravezetőket alkalmazott mágneses tér jelenlétében szupravezető átmeneti hőmérsékletük alá hűtöttük, és a minták szinte teljes belső mágneses tere nullázódott. A hatást a tudósok csak közvetetten észlelték, mivel a szupravezető mágneses fluxusa megmaradt: amikor a mintán belüli mágneses tér csökkent, a külső mágneses tér nőtt.

Ily módon a kísérlet először mutatta be egyértelműen, hogy a szupravezetők nemcsak tökéletes vezetők, hanem a szupravezető állapot egyedi meghatározó tulajdonságával is rendelkeznek. A mágneses tér elmozdításának képességét a szupravezető egységcelláján belüli semlegesítéssel kialakuló egyensúly természete határozza meg.

Úgy gondolják, hogy egy gyenge mágneses térrel rendelkező szupravezető Meissner állapotban van. De a Meissner-állapot megszakad, ha az alkalmazott mágneses tér túl erős.

Itt érdemes megjegyezni, hogy a szupravezetők két osztályba sorolhatók attól függően, hogy ez a szabálysértés hogyan történik.Az első típusú szupravezetőknél a szupravezetés drasztikusan megbomlik, ha az alkalmazott mágneses tér erőssége meghaladja a Hc kritikus értéket.

A minta geometriájától függően lehetséges olyan közbülső állapotot elérni, amely hasonló a normál anyag mágneses mezőt hordozó régióinak gyönyörű mintázatához, keveredve szupravezető anyag olyan területeivel, ahol nincs mágneses tér.

A II-es típusú szupravezetőknél az alkalmazott mágneses tér erősségének az első kritikus Hc1 értékre növelése kevert állapotba (más néven örvényállapotba) vezet, amelyben egyre több mágneses fluxus hatol be az anyagba, de az elektromos árammal szembeni ellenállás ha ez az áram nem túl nagy, nem marad meg.

A második kritikus szilárdság Hc2 értékénél a szupravezető állapot megsemmisül. A kevert állapotot a szuperfolyékony elektronfolyadékban lévő örvények okozzák, amelyeket néha fluxonoknak (mágneses fluxus fluxonkvantumának) neveznek, mivel az örvények által hordozott fluxus kvantált.

A legtisztább elemi szupravezetők a nióbium és a szén nanocsövek kivételével I. típusú szupravezetők, míg szinte minden szennyező és összetett szupravezető II. típusú szupravezető.

Fenomenológiailag a Meissner-effektust Fritz és Heinz London testvérek magyarázták, akik kimutatták, hogy a szupravezető szabad elektromágneses energiája minimálisra csökken a következő feltételek mellett:

Ezt a feltételt Londons egyenletnek nevezik. Azt jósolja, hogy a szupravezető mágneses tere exponenciálisan csökken attól függetlenül, hogy a felületén milyen értékkel rendelkezik.

Ha gyenge mágneses teret alkalmazunk, akkor a szupravezető szinte az egész mágneses fluxust kiszorítja. Ennek oka az elektromos áramok előfordulása a felület közelében. A felületi áramok mágneses tere semlegesíti az alkalmazott mágneses teret a szupravezető térfogatában. Mivel a mező elmozdulása vagy elnyomása nem változik az idő múlásával, ez azt jelenti, hogy az ezt a hatást kiváltó áramok (egyenáramok) nem halványulnak el idővel.

A minta felületén a londoni mélységben a mágneses tér nem hiányzik teljesen. Minden szupravezető anyagnak saját mágneses térbehatolási mélysége van.

Bármely tökéletes vezető megakadályozza a felületén áthaladó mágneses fluxus bármilyen változását a normál elektromágneses indukció miatt nulla ellenállás mellett. De a Meissner-effektus különbözik ettől a jelenségtől.

Ha egy közönséges vezetőt úgy hűtenek le, hogy az állandóan alkalmazott mágneses tér jelenlétében szupravezetővé válik, a mágneses fluxus az átmenet során elmozdul. Ez a hatás nem magyarázható végtelen vezetőképességgel.

A mágnes elhelyezése és későbbi lebegtetése egy már szupravezető anyag felett nem mutat Meissner-effektust, míg a Meissner-effektus akkor mutatkozik meg, ha egy kezdetben álló mágnest később taszítanak ki a kritikus hőmérsékletre hűtött szupravezetőből.

A Meissner-állapotban a szupravezetők tökéletes diamagnetizmust vagy szuperdiamágnesességet mutatnak. Ez azt jelenti, hogy a teljes mágneses tér mélyen belül nagyon közel van a nullához, belül nagy távolságra a felszíntől. Mágneses érzékenység -1.

A diamágnesességet az anyag spontán mágnesezettsége határozza meg, amely közvetlenül ellentétes a külsőleg alkalmazott mágneses tér irányával.De a szupravezetők és a normál anyagok diamágnesességének alapvető eredete nagyon eltérő.

A közönséges anyagokban a diamágnesesség az elektronok atommagok körüli keringési pályájának közvetlen eredménye, amelyet az elektromágneses tér indukál, amikor külső mágneses mezőt alkalmaznak. A szupravezetőkben a tökéletes diamágnesesség illúziója az alkalmazott térrel ellentétes állandó árnyékoló áramokból (maga a Meissner-effektus), és nem csak a pálya forgásából ered.

A Meissner-effektus felfedezése 1935-ben vezetett Fritz és Heinz London fenomenológiai szupravezetési elméletéhez. Ez az elmélet magyarázta az ellenállás és a Meissner-effektus eltűnését. Lehetővé tette az első elméleti előrejelzések elkészítését a szupravezetésről.

Ez az elmélet azonban csak a kísérleti megfigyeléseket magyarázta, de nem tette lehetővé a szupravezető tulajdonságok makroszkopikus eredetének azonosítását. Ezt később, 1957-ben sikeresen megvalósította a Bardeen-Cooper-Schrieffer elmélet, amelyből a behatolási mélység és a Meissner-effektus is következik. Egyes fizikusok azonban azzal érvelnek, hogy a Bardeen-Cooper-Schrieffer elmélet nem magyarázza meg a Meissner-effektust.

A Meissner-effektus alkalmazása a következő elv szerint valósul meg. Amikor egy szupravezető anyag hőmérséklete átmegy egy kritikus értéken, a körülötte lévő mágneses tér drámaian megváltozik, ami EMF-impulzus generálásához vezet egy ilyen anyag köré tekercselt tekercsben. A vezérlő tekercs áramának megváltoztatásával pedig szabályozhatja az anyag mágneses állapotát. Ezt a jelenséget ultragyenge mágneses mezők mérésére használják speciális érzékelők segítségével.

A kriotron a Meissner-effektuson alapuló kapcsolókészülék. Szerkezetileg két szupravezetőből áll. A tantál rúd köré egy nióbium tekercs van feltekerve, amelyen keresztül folyik a vezérlőáram.

A vezérlőáram növekedésével a mágneses térerősség nő, és a tantál a szupravezető állapotból a szokásos állapotba kerül. Ebben az esetben a tantál vezető vezetőképessége és az üzemi áram a vezérlőáramkörben nem lineárisan változik. A kriotronok alapján például szabályozott szelepeket hoznak létre.