次は東大理学部有志が五月祭で一般向けに展示したファイルのようだ。

研究展示は1.超電導体のフェルミ面の測定、2.超電導を記述するBCS理論の概説と模型 に二つあるが、前者はちんぷんかんぷん。

後者(BCS理論)についてだけ抄出する。

常温の金属中では電子が一定の方向に流れることにより電流を生じます。
しかし、電子は金属中のイオンの振動や不純物により散乱されます。
一方、超電導物質内では電子間に引力が生じ、電子2つがあたかも1つの粒子(クーパー対)であるかのように振る舞うようになります。
さらにこの達は位相をそろえて一斉に運動するようになります。
このようにな状態が安定すると、不純物による散乱を受けずに運動することが可能となります。電気抵抗は消失します。
(なんかレーザーの原理と似ているな)


次は青山学院の秋光研究室のサイト。ここにマイスナー効果がもう少し詳しく述べられている。しかしやさしくはない。

マイスナー効果とは、超伝導体の内部には磁場が侵入できない(磁束の侵入を許さない)というものです。

超伝導体の内部に磁場が侵入できないのは、磁場を印加したときに超伝導体表面に遮蔽電流が流れるためです。

外部磁場によって誘起された電流は、外部磁場を打ち消す方向に磁場を発生させ、侵入を防いでいるのです

何故と言われても分からないが、とにかく超電導体に磁力ビームを浴びせると。遮蔽電流が出動するようだ。

磁力は、マックスウェルの三本指に従って電流を発生するが、この電流の流れに逆らうようだ。そうすると磁力は失われてしまうという仕掛けらしい。

しかしそれだけでは「浮く」という話には結びつかないな。

打ち消しあうというより、遮蔽電流が発生する磁力がS/NとS/Nの斥力を発生していると考えたほうが分かりやすいのだが…

なお、この文章ではジョセフソン効果にも触れているが、とても刃が立たず、退散する。


次はNeoMag という磁石の会社のサイトの「超伝導磁石の可能性と応用シリーズ」というページ。文系人間にも、とても分かりやすい解説だ。

1.超伝導現象の特徴
1911年オランダのヘイケ・ケメルリング・オネスによって、水銀が液体ヘリウム温度4.2K(ゼロKは-273℃)で突然電気抵抗がゼロになることを発見しました。
オネスはヘリウムの液化と超伝導の発見で、1913年にノーベル物理学賞を受けました。
その後、1933年ドイツの物理学者ヴァルター・マイスナーらによって“完全反磁性”が発見され、“マイスナー効果”と命名されました。
 
2.電気抵抗ゼロの発見
銅や鉄などの金属が電気を通し易いのは、自由電子という動きやすい電子を持っているためです。

電位をかけるとこの自由電子がプラス極に移動することにより、マイナス極に電流が流れるのです。
ところが、金属の結晶格子は熱により、わずかに細かく振動していて、その振動により自由電子の移動が一部妨げられてしまいま す。
これが電気抵抗となるのですが、この振動は温度が高くなるに従い大きくなり、温度が低くなると小さくなります。

つまり高温度では電気抵抗が大きくなり、低温度では電気抵抗が小さくなります。

もし、金属を極限まで冷却すれば、結晶格子の振動が無くなり、電気抵抗がゼロになり、発熱も無く大電を流すことができる筈です。

ネオスは真空ポンプで、ヘリウムをマイナス1K(-272℃)まで冷却する装置を考案して、世界で初めて超伝導現象を水銀の実験により見つけたのです。


3.マイスナー効果の発見

超伝導体を磁場中に置くと電気抵抗がゼロですから、その瞬間に誘導電流が表面に流れます。
そうすると、外部磁場を打ち消すような磁場が発生し、磁場の侵入を妨げます。
これは 電磁誘導の「レンツの法則」でも説明できるものです。

この外部磁場に対して逆向きに磁化することを、“反磁性を示す”といいます。
つまり、外部磁場 を加えても超伝導体の磁束密度はゼロで磁化しないのです。

さすがにここのところは分からない。「レンツの法則」なんてあったっけ?

もう一つは常伝導体では物質内部に磁場が侵入しますが、超伝導状態にすると、磁場が外部に押し出されてしまいます。これは電磁誘導の法則では説明できない超伝導体固有の現象です。

これがマイスナー効果です。

ということで、結果的にはマイスナー効果について謎を深める結果となった。


ここでレンツの法則

分かりやすい高校物理の部屋 というサイトの「電磁誘導」のページ。

…このような向きの決まり方をレンツの法則といいます。磁石が近づいてくると反発し、遠ざかると引き付けるので、「行っちゃーいやよ、来ちゃいやよ」の法則と覚えてください。

分かりやすい!

またこのとき、
 磁石を速く動かすほど、
 磁石の磁力が強いほど、
 コイルの巻き数が多いほど、発生する誘導起電力が大きくなります。

これら3つのこととレンツの法則を足し合わせて、ファラデーの電磁誘導の法則といいます。

おぉ、そうかそうか。

つまり常伝導体だろうと超電導体であろうと、誘導電流と磁力は発生するのだ。超電導体に特有なのは、それが内部に浸透しないという点なのだ。

しかしその理由は相変わらず不明だ。