Università degli Studi di Udine - Piano Nazionale Lauree Scientifiche
Progetto IDIFO5 - Scuola Nazionale di Fisica Moderna per Insegnanti
SNFMI – Università di Udine, 8-12 settembre 2014
Cognome _____________________Nome___________________ Data_______________
ATTENZIONE
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 ( YBa2Cu3O7−x (con 0x0,5): ittrio, bario, rame, ossigeno) con
un magnete a temperatura ambiente (T=Tamb).
A1. Si avvicina un magnete a un disco di YBCO appoggiato sul tavolo, posto agli estremi di un
giogo sospeso a T ambiente (T=Tamb).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
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A.2 In base alle osservazioni fatte, quali proprietà magnetiche possiede un disco di YBCO a
T=Tamb? 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=Tamb
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B. Interazione di un disco di YBCO a T=TNL 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=TNL.
B.1 Come si fa a capire quando si potrà dire che la temperatura del disco di YBCO è la stessa TNL
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=TNL. Si rileva qualche interazione? Illustrare e
spiegare il fenomeno osservato
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B.3 L’interazione tra il disco di YBCO e il magnete è la stessa quando l’YBCO si trova a T=Tamb e
quando si trova a T=TNL ? 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)
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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
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-
-
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=TNL 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.
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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.
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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….).
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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
.
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