SNFMI14_SchedaSC1 - RisposteStudenti

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 0x0,5): 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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