Laze

Những nội dung chính
Thế nào là siêu dẫn?
Lịch sử của siêu dẫn.
Bảng các nguyên tố siêu dẫn.
Giải thích hiện tượng siêu dẫn.
Phân loại siêu dẫn.
Đặc tính siêu dẫn.
Ứng dụng của siêu dẫn.
Những khó khăn gặp phải.
Siêu dẫn là gì?
Siêu dẫn là hiện tượng điện trở của một số vật rắn đột ngột mất hẳn khi nhiệt độ của chúng giảm xuống một ngưỡng nhất định (gọi là nhiệt độ tới hạn).
Chất siêu dẫn là những chất tồn tại ở nhiệt độ cực thấp, khi dòng điện chạy qua không có trở kháng.
Lịch sử siêu dẫn
Năm 1911 nhà vật lí Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes làm thí nghiệm với thuỷ ngân và thấy rằng khi hạ nhiệt độ của thuỷ ngân xuống tới TC =4.1K thì điện trở đột ngột hạ xuống R=0. Ông được giải thưởng Nôben năm 1913.
Điện trở của thuỷ ngân đột ngột về 0 khi nhiệt độ giảm xuống 4.1K

R(Ω)
T(K)
0
6
0.08
0.16
4.1
Lịch sử siêu dẫn
Năm 1986 Alex Muller và Georg Bednorz tình cờ phát hiện một chất gốm mà yếu tố cấu thành là: lantan, đồng,bari, ôxit kim loại, chất gốm này trở nên siêu dẫn ở nhiệt độ 35K.
Một thời gian ngắn sau các nhà khoa học Mĩ lại tìm ra các chất gốm tạo thành siêu dẫn ở nhiệt độ 98K.
Đến nay nhiều vật liệu gốm khác đã được phát hiện với tính năng siêu dẫn tại 130K.
Nhiệt độ tới hạn của một số chất siêu dẫn
Tên vật liệu
Tc (K)
Nhôm
Thuỷ ngân
Chì
Thiếc
Kẽm
1.19
4.15
7.19
3.72
0.85
Bảng các nguyên tố siêu dẫn
Xanh dương: tại áp suất không khí
Xanh lá cây: tại áp suất cao.
Giải thích hiện tượng
Khi nhiệt độ kim loại xuống gần 0 k thì các nguyên tử kim loại gần như đông cứng lại tạo ra các đường hầm. Các e di chuyển trong các đường hầm đó và không va chạm vào đâu cả.
Tuy nhiên các e cũng không thể va chạm với nhau do lực đẩy tĩnh điện. Lúc đó điện trở coi như bằng không và ta có hiện tượng siêu dẫn.
Phân loại siêu dẫn
Ở trạng thái siêu dẫn,chất siêu dẫn loại I: hoàn toàn không cho từ trường thấm sâu qua bề mặt của nó để vào bên trong và là một chất nghịch từ lý tưởng.
Chất siêu dẫn loại II chấp nhận sự hiện diện đồng thời của trạng thái siêu dẫn và từ trường mạnh. Loại này có nhiều ứng dụng kỹ thuật quan trọng.
Chất siêu dẫn thế hệ 1 và 2
Thế hệ 1: sợi siêu dẫn và khuôn hợp kim bạc
Thế hệ 2: lớp đệm, lớp siêu dẫn, lớp kim loại quý, lớp nền hợp kim.
Đặc tính của siêu dẫn
Mạch điện làm bằng chất siêu dẫn thì dòng điện sẽ chạy trong đó mãi mà suy giảm không đáng kể.
Những chất siêu dẫn nhiệt độ thấp có thể tạo ra những từ trường rất mạnh.
Nếu hai chất siêu dẫn đươc đặt gần nhau nhưng không chạm nhau thì các điện tử có thể nhảy qua như thể hai chất dẫn điện ấy tiếp xúc nhau.
Ứng dụng của siêu dẫn
chuyển tải điện năng đi xa.
Chất siêu dẫn có nhiều đặc tính rất phù hợp cho các ý tưởng công nghệ cao. Nó hầu như không cản điện một chút nào. Trên lý thuyết, khi dòng điện chạy trong mạch đóng siêu dẫn, nó có thể chạy mãi mãi. Với cùng 1 kích cỡ, dây siêu dẫn có thể tải nhiều điện hơn dây điện và dây cáp thông thường. Vậy nên những bộ phận siêu dẫn có thể nhỏ hơn những bộ phận được làm từ chất khác rất nhiều.
Ví dụ: một động cơ điện thông thường để chạy được chân vịt của tàu khu trục có thể phải cân nặng đến 200 tấn, Trong khi đó, 1 động cơ siêu dẫn chỉ nặng tối đa có 75 tấn.
Và chất siêu dẫn không làm tổn hao điện vì mất nhiệt. Như vậy một động cơ siêu dẫn hoặc chíp siêu máy tính hiệu quả hơn rất nhiều.

Tạo ra máy gia tốc mạnh


Bom E
Từ trường siêu dẫn sẽ
tạo ra một dao động
để huỷ thiết bị truyền
động điện từ
Tầu đệm từ Yamanashi
Máy tính sử dụng chất siêu dẫn
Động cơ dùng các cuộn dây siêu dẫn
Thiết bị SQUID dùng để đo từ trường
Những trở ngại gặp phải
Chất siêu dẫn chỉ xuất hiện ở nhiệt độ thấp chỉ vài độ trên độ không tuyệt đối và phải dùng khí Helium hoá lỏng để làm lạnh.
Ở nhiệt độ cao hơn 100K các chất siêu dẫn lại tỏ ra không được ổn định và nhanh chóng mất tính siêu dẫn.
Chất siêu dẫn được làm nên dưới dạng bột có thể nén lại thành chất rắn nhưng rất giòn.
Hình ảnh minh hoạ về dây siêu dẫn
Diêm sinh có thể đóng vai trò là chất siêu dẫn


The end!
Xin chân thành cảm ơn sự theo dõi của thầy giáo và các bạn!