Supra conducteur et courant

[invitec913303f]

Bonjour, voila, pendant que j’étais en train de faire un exo de physique, une question m’est venu à l’esprit décidément

Voila, à ma connaissance un supra conducteur à une résistance parfaitement nulle n’est pas ? Dans ce cas, cela implique que la quantité de charge par unité de temps peut être infinie non ?
En considérant une section représentant un espace de dimension limité et en supposant que les électrons possèdent une certaine étendue spatial, comment une quantité de charge infinie peu t’il traverser une section ? Pour cela, il faudrait que les électrons puissent tous se superposer ensemble ! Bon, ces peut êtres les bases de mon postulat qui est faux.

Pourriez vous m’éclairer ?
Merci encore à vous.
flo
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[invitebb226d51]

Bonjour, voila, pendant que j’étais en train de faire un exo de physique, une question m’est venu à l’esprit décidément

Voila, à ma connaissance un supra conducteur à une résistance parfaitement nulle n’est pas ? Dans ce cas, cela implique que la quantité de charge par unité de temps peut être infinie non ?

Merci encore à vous.
flo

Salut,

à mon avis, pour un supra la loi d'Ohm cesse d'etre valide, donc le fait d'avoir une résistance nulle n'implique pas que le courant I (quantité de charge par unité de temps) soit infini.
Le courant I dans un supra à une valeur finie. Valeur qui d'ailleurs doit être trés faible (car doit etre inférieure à Ic)

Enfin voilà, je ne sais pas si cela répond à ta question

bye

[invitea3fc981a]

Voila, à ma connaissance un supra conducteur à une résistance parfaitement nulle n’est pas ? Dans ce cas, cela implique que la quantité de charge par unité de temps peut être infinie non ?

La première affirmation est vraie : dans un supraconducteur la résistance est parfaitement égale à zéro. Et la seule conséquence est que les électrons ne sont pas freinés dans leur déplacement !

C'est comme si tu pouvais supprimer les frottements au contact d'un solide que tu fais glisser sur le sol : cela ne te donne pas une infinité de solides, ça lui permet juste de ne plus être freiné par ces frottements.

Le comportement exact des électrons dans les supraconducteurs est encore assez mal connu ; il semble compris pour l'instant qu'ils s'associent par paires (dites de Cooper), et agissent non plus comme des fermions mais comme des bosons (puisque les électrons ont un spin 1/2 = fermion, en s'associant ils forment une paire de spin entier = bosons). Une telle paire est assez instable, c'est pourquoi la supraconductivité n'existe pas dans tous les matériaux, et tend à disparaitre à haute température (quand l'énergie d'agitation thermique est supérieure à l'énergie de formation de paires de Cooper).

[yahou]

Salut.

Je suis loin d'être un spécialiste mais voilà quelques pistes.

Il me semble que dans un supra on peut toujours appliquer la loi d'Ohm : la densité de courant ne pouvant être infinie, on en déduit que le champ électrique est nul.

D'ailleurs une densité de courant infinie c'est pas très physique... Et puis un courant ça crée un champ magnétique, et au delà d'une valeur critique du champ magnétique, le supra cesse d'en être un.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitec913303f]

Merci à tous pour vos réponses.

au delà d'une valeur critique du champ magnétique, le supra cesse d'en être un.

Salut yahou
Tu peut développer un peut?

la densité de courant ne pouvant être infinie, on en déduit que le champ électrique est nul.

Là encore, je suis un peut pomé, tu peut développer?

Salut,
à mon avis, pour un supra la loi d'Ohm cesse d'etre valide, donc le fait d'avoir une résistance nulle n'implique pas que le courant I (quantité de charge par unité de temps) soit infini.
Le courant I dans un supra à une valeur finie. Valeur qui d'ailleurs doit être trés faible (car doit etre inférieure à Ic)
bye

Salut Rodeon
Mais si le courant est finie, alors il y a une résistence, je suis un peut pomé là, tu peut développer?

Le comportement exact des électrons dans les supraconducteurs est encore assez mal connu ; il semble compris pour l'instant qu'ils s'associent par paires (dites de Cooper), et agissent non plus comme des fermions mais comme des bosons (puisque les électrons ont un spin 1/2 = fermion, en s'associant ils forment une paire de spin entier = bosons). Une telle paire est assez instable, c'est pourquoi la supraconductivité n'existe pas dans tous les matériaux, et tend à disparaitre à haute température (quand l'énergie d'agitation thermique est supérieure à l'énergie de formation de paires de Cooper).

Salut konrad, sa fait logtemps.
La question qui me vien alors, ces paires d'électron ont t'elle aussi un spin et le principe d'explusion doit aussi étre existant entres ces paires non? Si il en est ainsi, cela pourrait aussi impliquer une résistance non?

merci encore à vous tous.
flo

[invitea3fc981a]

Mais si le courant est finie, alors il y a une résistence

Non ! Il ne suffit pas de faire U=RI, R=0 donc I=infini ! ça ne marche pas la loi d'Ohm ici

Concrètement voici comment on fait fonctionner une bobine de supraconducteur : on refroidit le matériau pour que les paires de Cooper puissent se former, ensuite on applique une tension U à la bobine ; cette tension sert d'impulsion de départ en quelque sorte, elle permet d'accélérer les électrons dans le matériau. Ensuite, on peut couper cette tension, puisque la résistance est nulle : les électrons ne sont pas freinés, et vont continuer à tourner en rond infiniment dans la bobine (en réalité il y a toujours de petites pertes de courant, et il faut régulièrement ré-appliquer une tension pour entretenir ce courant). On obtient ainsi des champs magnétiques très stables dans le temps, c'est ce qui est utilisé dans les accélérateurs de particule si je ne m'abuse.

ces paires d'électron ont t'elle aussi un spin et le principe d'explusion doit aussi étre existant entres ces paires non?

Alors là, je ne suis pas spécialiste... Une chose est sûre : les paires ont un spin entier. Maintenant, comment les électrons s'apparient exactement : deux spins -1/2 => paire de spin -1, deux spins +1/2 => paire de spin +1, ou un spin 1/2 et un -1/2 => paire de spin 0... Je ne sais pas.

Par "principe d'expulsion" j'imagine que tu voulais parler du "principe d'exclusion" de Pauli ? Effectivement ce principe agit toujours, mais il n'est pas prédominant et donc se tait devant le phénomène de création de paires. En revanche quand la température augmente il redevient le plus fort et sépare les électrons...

[yahou]

Non ! Il ne suffit pas de faire U=RI, R=0 donc I=infini ! ça ne marche pas la loi d'Ohm ici

Il se peut que je m'obstine dans l'erreur, mais je dirais qu'on peut appliquer la loi d'Ohm :
U=RI, R=0 et I ne peut être infini, donc U=0. Pas de ddp, donc pas de champ électrique. Autrement dit, un champ électrique ne peut pénétrer dans un supraconducteur. Cela apparaît plus explicitement à mon sens dans la version locale de la loi d'Ohm à la laquelle je faisais allusion dans mon dernier message :
j = E (vecteurs en gras) où j est la densité volumique de courant et E le champ électrique

Du coup je ne sais pas trop comment formaliser le fait qu'on "lance" les électrons et qu'ensuite ils continuent tous seuls.

les paires ont un spin entier
[...]
Par "principe d'expulsion" j'imagine que tu voulais parler du "principe d'exclusion" de Pauli ? Effectivement ce principe agit toujours, mais il n'est pas prédominant et donc se tait devant le phénomène de création de paires. En revanche quand la température augmente il redevient le plus fort et sépare les électrons...

D'une manière générale quand on additionne deux spins 1/2 on obtient un état de spin 0 (dit singulet car il y en a un seul) et un état de spin 1 (dit triplet car il y en a 3 correspondant aux trois valeurs possibles de la projection du moment cinétique sur un axe).

En tout cas une paire de fermions peut se comporter comme un boson. Pour revenir aux supraconducteurs je crois que l'on peut justement considérer que les paires d'électrons subissent une condensation de Bose Einstein : elles se mettent toutes dans le même état et on obtient une onde cohérente à l'échelle macroscopique : la phase des fonctions d'ondes décrivant les paires est corrélée sur l'ensemble du matériau (idéalement), ou du moins sur des zones de taille observable.

On retrouve le même type de considérations en optique lorsque l'on parle de cohérence de la lumière : tous les photons composant une onde laser ont une relation de phase (idéalement), ou du moins tous ceux qui sont espacés d'une distance inférieure à la longueur de cohérence (assez grande pour un laser), tandis que pour une source non cohérente la relation de phase n'existe qu'entre photons d'un même train d'onde, les différents trains d'ondes ayant entre eux des phases relatives aléatoires (la longueur de cohérence est beaucoup plus courte, de l'orde de la longueur d'un train d'onde).

au delà d'une valeur critique du champ magnétique, le supra cesse d'en être un.

Tu peux développer un peu ?

De même qu'il ne peut y avoir de champ électrique dans un supra (cf plus haut), on peut montrer qu'il ne peut y avoir de champ magnétique (mais je ne sais pas comment). C'est par exemple à la base de l'effet Meissner (la fameuse manip de lévitation d'un aimant au dessus d'un supra). Cependant, si on applique un champ très intense, il arrive quand même à pénétrer le matériau... mais celui ci cesse d'être supraconducteur !

Je ne peux malheureusement pas être beaucoup plus précis, il faudra attendre le passage d'un spécialiste sur ce fil.

[invitec913303f]

Bonsoir, merci a yahou et à Konrad pour votre aide.
maintenant ces plus claire. Si je conçevais une bobine avec un supra conducteur, esque j'obtiendrais un phénomène d'inductance?

Merci encore a tous.
Amicalement
flo

[invite79643b60]

Je pense que c'est un peu si tu appliquais de la pphysique énérale la ou tu devrais appliquer de la phy relativiste... Ce que je veut dire , c'est que la loi d'ohm doit tre complétée par autre chose. Elle est juste mais restrictive (c'est du pure instinct... et je ne m'appele (malheureusement) pas Einstein)... Enfin bref a mon avis c'est un domaine de la physique qui n'est pas encore bien connu.... Enfin bref... Il est claire que la loi d'Ohm ne peut plus etre interprétée telsquelle est .

[invite030869ec]

Bonjour tout le monde!

Je ne suis pas sûr qu'on puisse appliquer la loi d'ohm, vu qu'elle ne s'applique qu'aux conducteurs ohmique, pour un supraconducteur...
Sinon pour revenir sur l'effet Meissner : il décrit le fait que les lignes de champs magnetiques ne penetrent pas dans un supraconducteur, et le fait qu'un aimant lévite au dessus d'un supraconducteur n'est pas une consequence de cet effet Meissner.
Les lignes de champs soient repoussées car lorsqu'on approche un aimant ou une "source magnetique" on induit des courant ( car on a une variation de B ) qui se forment à la surface du supraconducteur, ces courants produisent un champ magnétique qui annule le champs magnetique exterieur ( Loi de Lenz ) . En gros, en se superposant, le champs créé par l'aimant et celui créé par le supraconducteur s'annulent à l'interieur de ce dernier.

Par contre je ne comprend pas ce que tu veut dire par "phénomène d'inductance". Si tu veut dire que ta bobine supraconductrice ce comporterais comme une bobine classique, alors oui, d'ailleurs on en utilise en IRM pour créer des champs magnetiques intenses.

Voilà j'espère que j'ai été assez clair

[invitec913303f]

Bonsoir SBa, merci beaucoup pour ta réponse claires. Pourrai tu m'expliquer pourquoi le fait qu'un aimant lévite au dessus d'un supraconducteur n'est pas une consequence de l'effet Meissner?

Merci encore.
Cordialement
flo

[invite030869ec]

Salut,

En fait, si un aimant lévite au dessus d'un supraconducteur, c'est que ce dernier, en presence d'un ainmant se comporte comme un aimant de pôle contraire a celui qui lui est presenté. Le système, c'est donc 2 aimants de pôles opposés face a face, donc ils se repoussent. C'est pour cela que l'aimant lévite.
Voilà

[invite0bbfd30c]

Sinon pour revenir sur l'effet Meissner : il décrit le fait que les lignes de champs magnetiques ne penetrent pas dans un supraconducteur, et le fait qu'un aimant lévite au dessus d'un supraconducteur n'est pas une consequence de cet effet Meissner.

Si, c'est bien une conséquence de l'effet Meissner : le supraconducteur expulse les lignes de champ magnétique.

On fait souvent la remarque que cette propriété montre que le supraconducteur n'est pas simplement un "conducteur parfait", puisque la réaction d'un conducteur parfait ne serait pas identique : si la transition vers la phase supraconductrice n'était qu'une transition vers un conducteur parfait, les lignes de champ magnétique d'un aimant, placé auparavant à proximité, ne seraient pas expulsées [par contre même un "simple" conducteur parfait expulserait les lignes de champ d'un aimant qu'on approche, comme le fait également un supra]

[invite0bbfd30c]

Pour être plus clair : posons un aimant sur un matériau qui au début est à 25°C, mais qui devient supraconducteur à -200°C. Lorsqu'on refroidit le matériau au-dessous de -200°C, il devient donc supraconducteur et éjecte les ligne de champ de l'aimant (effet Meissner) qui se met à léviter au-dessus de lui. Si le supraconducteur n'était qu'un conducteur parfait, l'aimant resterait posé sur lui, sans léviter.

[invite030869ec]

Oui dsl, je me suis mal exprimé, c'est bien une conséquence de l'effet Meissner. En fait ce que je voulais dire c'est que ce n'etait pas l'effet Meissnerlui même, amalgame qui est souvent fait.

[invite0068a01b]

En fait, si un aimant lévite au dessus d'un supraconducteur, c'est que ce dernier, en presence d'un ainmant se comporte comme un aimant de pôle contraire a celui qui lui est presenté. Le système, c'est donc 2 aimants de pôles opposés face a face, donc ils se repoussent. C'est pour cela que l'aimant lévite.
Voilà

SBa, par contre ce qui m'angoisse est qu'il est possible, en soulevant l'aimant qui flotte au dessus du supra, de soulever en meme temps le supraconducteur, il y a donc un attraction entre les deux composants. Je comprends que le champs produit par l'aimant est repoussé par le supra, mais pourquoi quand on soulève légèrement l'aimant flottant...le supra suit?

Sinon vous m'avez grandement aider a essayer de comprendre le phénomène, merci a vous tous!

[invite0a94234e]

http://www.canalu.fr

[BioBen]

Une telle paire est assez instable, c'est pourquoi la supraconductivité n'existe pas dans tous les matériaux, et tend à disparaitre à haute température

Magnesium diboride defies the once conventional wisdom about what makes a good superconductor. It becomes supercondicting near the relatively warm temperature of 40K.

Ca ne contredit pas du tout ce que tu dis (c'est pas le but d'ailleurs), c'est juste pour signaler que les basses températures nécessaires à la supraconduction se réchauffent de plus en plus....à quand un supraconducteur à température ambiente ?

[invitea3fc981a]

Oui, de toute façon ma phrase sera toujours vraie puisque par convention on parle de "basse température" lorsqu'on est en-dessous de la transition supra, et de "haute température" quand on est au-dessus

[invite143758ee]

.à quand un supraconducteur à température ambiente ?

je me demande quand même si la limitation en température , n'est pas intrinsèque à la physique, et n'est pas une question de technologie. à cause de l'environnement et l'agitation thermique, en gros, c'est d'avoir la supra conduction dans un environement "sale" avec beaucoup de phonons qui vont diffuser les électrons.
Je prend l'image d'un cycliste qui voudrait que l'aspiration derrière un autre cycliste perdurera en plein tempête.
je ne sais pas si c'est un véritable enjeu de la part des industriels et des chercheurs ou bien si c'est un enjeu pour les journaux scientifiques racolleurs ?

[invite2c6da301]

en tout cas, la découverte des supra à haute Tc est très encouragante !

avec BCS, on avait prédi que Tc serait au max vers 30-40K.

aujourd'hui, on doit être vers 150-160K je pense donc ya du chemin qui a été fait et on est loin de comprendre ce qui se passe exactement pour les supra de type II : cela laisse un espoir d'y arriver je pense !