Lav din egen mayonnaise og bliv klogere på spørgsmålet: Hvad er en emulsion?
En superleder er ikke kun kendetegnet ved, at den leder elektrisk strøm helt uden tab. En anden egenskab, kaldet Meissner-effekten, kan demonstreres ved at lade en lille magnet svæve over en superleder. Dette forsøg er nok det mest fremviste i undervisning om superledere.
VIGTIGT – læs dette sikkerhedsafsnit, inden du går i gang. Flydende kvælstof kan man faktisk røre ved i ganske kort tid. Dette skyldes Leidenfrost-effekten. Undlad dog at udfordre skæbnen, brug beskyttelsesbriller og undgå berøring med huden samt indånding af gassen. Som opbevaring bør man bruge en professionel termobeholder (dewar). Bruger man en almindelig termoflaske, må låget aldrig nogensinde skrues hårdt på. Flasken kan eksplodere. Læs mere om håndtering af flydende kvælstof på dette link: https://phys.medarbejdere.au.dk/fileadmin/site_files/arbejdsmiljoe/Sikkerhed_LN2.pdf
Hvis den eneste egenskab ved en superleder var, at ledningsevnen var 0, så kan man ud fra Maxwells ligninger vise, at magnetfeltet inde i superlederen ville være konstant. Det betyder, at hvis man flytter den perfekte leder fra et magnetfelt og ind i et område uden magnetfelt, så vil inducerede strømme i lederens overflade sikre, at magnetfeltet stadig befandt sig inde i lederen.
Sådan forholder det sig dog ikke for en superleder. Meissner-effekten medfører nemlig, at magnetfeltet ikke bare er konstant, men er konstant lig 0. Et hvert magnetfelt vil altså blive stødt ud af superlederen.
I praksis betyder dette, at en lille magnet kan svæve over en superleder. Når magneten nærmer sig superlederen, induceres der strømme i overfladen af superlederen, hvorved magnetfeltet “spejles”. Man kan sige, at den lille magnet kan se sit eget magnetiske spejlbillede, og da to ens poler frastødes, vil magneten kunne svæve.
Ydermere kan man lægge magneten oven på en varm superleder, og når denne køles ned med flydende kvælstof (og dermed bliver superledende), så vil magneten løftes op over superlederen.
Grunden til, at magneten ikke bare falder ned fra superlederen er, at magneten er låst fast af fænomenet “flux pinning”, der er en typisk effekt for såkaldte “type 2” superledere. Anvendes i stedet en “type 1” superleder, skal superlederen være skålformet (se f.eks. referencen af Arkadiev 1947).
Vil en perfekt leder (R = 0 ohm) ikke også udvise Meissner-effekt?
Nej. En perfekt leder vil forsøge at holde et konstant magnetfelt indvendigt, mens en superleder altid vil udstøde magnetfeltet. Hvis en perfekt leder flyttes fra et magnetfeltfrit område ind i et magnetfelt, så vil der skabes strømme i lederen, som udligner magnetfeltet inde i lederen. Hvis en perfekt leder flyttes fra et magnetfelt ind i et område uden magnetfelt, så vil der skabes strømme i lederen, så magnetfeltet bevares inde i lederen.
PIRA DCS: 5G50.50 (Elektricitet og magnetisme: Magnetiske materialer)
En superleder er en analog lav-teknologi. Superlederen består af et materiale, der ikke har en elektrisk modstand under en bestemt temperatur. Læs mere om superledere her.
Permanente magneter er en analog lav-teknologi. De fremstilles ved at magnetisere et materiale, der efterfølgende forbliver magnetisk i lang tid. Læs mere om magneter her.
Andet teknologi eller udstyr der bruges i forsøget er flamingo og en Dewar termobeholder.
Prøv at udføre forsøget med magneter af forskellig styrke. Din variabel er magnetens styrke.
Prøv at observere magneten efter kvælstoffet er fordampet. Din variabel er tiden der går efter kvælstoffet er fordampet.
Prøv at udføre forsøget med forskellige mængder af kvælstof. Din variabel er mængden af kvælstof, du hælder ned.
Virkningsfuld kompetenceorienteret naturfagsundervisning indeholder bl.a. elementer af problembaseret og elevstyret undervisning. Et greb, du som underviser kan bruge, er at implementere åbenhed, ved at stilladsere undersøgelserne med frihedsgrader.
Problembaseret og elevstyret undervisning er kendetegnet ved, at eleverne arbejder selvstændigt med egne undersøgelser. Eleverne skal finde egne svar, og det skal ikke være givet på forhånd, hvad de skal. Eleverne skal ikke reproducere eller genskabe allerede eksisterende undersøgelser.
Som underviser udvælger du en grad af frihed samt hvilket trin, den skal implementeres i. Astra opdeler en undersøgelse i følgende seks trin, hvor du kan arbejde med implementering af frihedsgrader.