Cognome Nome Data. A.2 In base alle osservazioni fatte, quali proprietà magnetiche possiede un disco di YBCO a T=T amb? Spiegare.

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1 ATTENZIONE Cognome Nome Data Utilizzo di AZOTO LIQUIDO Rischi potenziali Un breve contatto dell azoto liquido con la pelle non è pericoloso, tuttavia l azoto liquido date le basse temperature può divenire pericoloso se viene ingerito, se viene a contatto con gli occhi e le mucose (possibili ustioni da freddo) Misure di sicurezza Mentre si manipola e utilizza azoto liquido: Indossare gli appositi guanti e occhiali protettivi messi a disposizione non indossare oggetti metalli (come anelli o orologi da polso). Manipolare con cura l azoto liquido evitando la formazione di schizzi Non ingerire azoto liquido Travasare liquido tra contenitori diversi operando lentamente ATTENZIONE Contatto con YBCO Rischi potenziali YBCO è un composto stabile. Risulta nocivo per inalazione e ingestione; è irritante per la pelle e le mucose. Non si conoscono dati su eventuali proprietà cancerogene Misure di sicurezza Mentre si manipola una pastiglia di YBCO: Indossare gli appositi guanti Manipolare con cura l YBCO evitando che possa cadere e spezzarsi Lavarsi accuratamente le mani dopo un eventuale contatto SC1 - Le proprietà magnetiche di un disco di YBCO A. Interazione di un disco di YBCO ( YBa 2 Cu 3 O 7 x (con 0 x 0,5): ittrio, bario, rame, ossigeno) con un magnete a temperatura ambiente (T=T amb ). A1. Si avvicina un magnete a un disco di YBCO appoggiato sul tavolo, posto agli estremi di un giogo sospeso a T ambiente (T=T amb ).Si rileva qualche interazione? spiegare - Osserviamo un caso di attrazione lieve - Non ha interazione a Tamb tranne che con un bilanciere a torsione - No, però, osservando con una bilancia a torsione, si possono osservare affetti paramagnetici - Si rileva una debole attrazione (rotazione del giogo) che mostra le proprietà paramagnetiche dell YBCO A.2 In base alle osservazioni fatte, quali proprietà magnetiche possiede un disco di YBCO a T=T amb? Spiegare. - Proprietà paramagnetiche rilevate da una torsione del giogo in direzione del magnete - Paramagnetiche. Leggera attrazione A3. Illustrare le situazioni esplorate che si ritengono significative e rappresentare con gli strumenti della fisica le proprietà magnetiche dei sistemi coinvolti e i processi che rendono conto dei fenomeni osservati. T=T amb

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3 B. Interazione di un disco di YBCO a T=T NL con un magnete: l effetto Meissner Si esplorano le proprietà dell YBCO all abbassarsi della temperatura. Si pone il disco di YBCO in un contenitore di polistirolo. Si versa azoto liquido sul disco di YBCO e si aspetta che la temperatura si abbassi fino a T=T NL. B.1 Come si fa a capire quando si potrà dire che la temperatura del disco di YBCO è la stessa T NL dell azoto liquido? - a fine ebollizione l YBCO ha la medesima temperatura del azoto - si capirà quando l azoto smette di bollire B.2 Si porta un piccolo magnete sopra all YBCO a T=T NL. Si rileva qualche interazione? Illustrare e spiegare il fenomeno osservato 3

4 B.3 L interazione tra il disco di YBCO e il magnete è la stessa quando l YBCO si trova a T=T amb e quando si trova a T=T NL? Spiegare. - No, A T=Tamb è paramagnetico. A T=TNL l YBCO e diamagnetico - No, l YBCO a Tamb non reagisce con magneti, a basse temperature invece reagisce - No. Quando l YBCO è a Tamb non interagisce con il magnete (l effetto paramagnetico è molto piccolo). Invece a T=TNL l YBCO interagisce fortemente con il magnete - No, solo in uno stato superconduttore vengono respinti - Con l YBCO a T=Tamb l interazione è di attrazione paramagnetica (debole), mentre a T=TNL l YBCO assume proprietà magnetiche che generano una evidente repulsione (diamagnetico) 4

5 B.4 Il diverso comportamento osservato nell interazione tra magnete e YBCO, è dovuto a un cambiamento nelle proprietà del magnete o in quelle dell YBCO o in quelle di entrambi? Spiegare - Il magnete interagisce normalmente con gli altri materiali, da ciò si evince come il cambiamento avviene solo nell YBCO. Per l esattezza, la resistenza al suo interno rimane pari a 0. - è dovuto al cambiamento delle proprietà dell YBCO. l YBCO ha assunto proprità magnetiche, pur non essendo un magnete - è dovuto a un cambiamento nelle proprietà dell YBCO. L YBCO a bassa temperatura diventa diamagnetico. A Tamb c è un campo magnetico nell YBCO, a TNL il campo diventa trascurabile - il differente comportamento è dovuto solo al cambiamento delle proprietà magnetiche dell YBCO L YBCO diviene diamagnetico - solo nell YBCO che assume proprietà magnetiche. Tuttavia non è un magnete poiché ci sarebbe una rotazione per attaccarsi non solo una repulsione B.5 Quali materiali presentano un comportamento, almeno in parte, analogo a quello dell YBCO nell interazione con un magnete? Spiegare - I superconduttori - I diamagnetici anche a Tamb hanno un interazione di repulsione - I materiali diamagnetici generano sempre repulsione con un magnete, ma debole, mentre nelle condizioni ideali di superconduttività (R=0) la repulsione è tale che generano la levitazione - I materiali diamagnetici, essi vengono respinti da entrambi i poli B6. Rappresenta con gli strumenti della fisica le proprietà magnetiche dei sistemi coinvolti quando T=T NL e i processi che rendono conto dei fenomeni osservati. Spiega la rappresentazione fatta. I due campi magnetici dei materiali si respingono L YBCO è diventato un SC e il magnete provoca correnti indotte che lo respingono le linee di campo generate dall YBCO sono aperte e producono con il magnete un punto di equilibrio stabile ma molto piccolo. 5

6 L YBCo a bassa T (TNL) presenta forti proprietà diamagnetiche e respinge il magnete (levitazione). Presenta R=0 e anche il campo magnetico dell YBCO è B=0. L YBCO attraversando il campo magnetico crea un flusso che induce corrente elettrica nell YBCO stesso. Questo a sua volta crea un campo magnetico che respinge il magnete. Così è possibile grazie alle capacità dell YBCO di superconduttore, il quale raggiunta una Tc assume resistività prossima a zero. Alla TNL l YBCO assume la proprietà di un magnete, tali che non viene attraversato dal campo magnetico (come avviene invece a Tamb) e genera esso stesso un campo magnetico che interagisce con il magnete in modo che vi sia una repulsione tale da equilibrare la forza-peso del magnete, che rimane in levitazione in perfetto equilibrio. L YBCO cambiando prorpietà diventa diamagnetico da vita a supercorrenti al suo interno. Il risultato è la deflessione del campo magnetico del magnete che si avvicina e l inizio di levitazione di quest ultimo. 6

7 B7. Il fenomeno osservato è una levitazione per effetto Meissner. Sulla base di questa prima esplorazione, quali aspetti si ritiene che caratterizzino l effetto Messner e lo differenzino da altre situazioni in cui un magnete interagisce con un altro oggetto? (es. un altro magnete, un oggetto ferromagnetico, un oggetti diamagnetico, un oggetto metallico.). - Il fatto che il magnete che lievita non sia in procinto di girarsi. Infatti due magneti che oppongono il medesimo polo se lasciati liberi non tendono a respingersi ma a girare per attrarsi. nel caso dell'eff tto Meissner il magnete lievita e non ende a girarsi - L effetto meissner è caratterizzato dal fatto che l YBCO non è attraversato dal campo magnetico ed esso stesso ne ha uno tale che l interazione col magnete porta ad una repulsione cge consente l equilibrio, a differenza delle interazioni con altri oggetti che porano o al loro diretto attaccarsi o a un netto allontanamento. - L intensità è l unica cosa che contraddistingue da un oggetto diamagnetico - In questo fenomeno vi è una forte repulsione e l YBCO si comporta come un materiale diamagnetico forte. Quando un magnete interagisce con un altro magnete vi è un attrazione (e a volte rotazione). Se interagisce con un oggetto ferromagnetico, vi è sempre attrazione. Con gli oggetti diamagnetici vi è una debole repulsione. Quindi l YBCO presenta un comportamento originale rispetto agli altri materiali. - l effetto Meissner è sempre repulsivo, tra due magneti esiste solo attrazione così come tra un magnete e un oggetto ferromagnetico. - la differenza sta nel fatto che vi è una repulsione stabile. - YBCO: non è un magnete perché non c è attrazione o rotazione per attaccarsi. Non è un ferromagnete perché non è attratto. Non è un metallo perché ci sono forze repulsive. è un diamgnete perché si sviluppa una forza di repulsione. - La differenza - L YBCO solo in determinate condizioni di temperatura allontana da sé il magnete. 7