Hiện tượng siêu dẫn và ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn trong cuộc sống

Một con tàu có thể lơ lửng cả ở trên và dưới đường ray


Chủ đề:

Hiện tượng siêu dẫn
và các ứng dụng của vật liệu siêu dẫn trong đời sống và kỹ thuật


Hiện tượng siêu dẫn

Sự ra đời của hiện tượng siêu dẫn

1

Kammerlingh Onnes sinh ra trong một gia đình
phát
minh
ra
nhiệt
kế códụng
Phát
minh
racứu
hộp
chuyên
bảomôi
quản
OnnesOnnes
chủ

yếu
nghiên
đặc
trưng
của để
vậtđựng
chất và
trong
giàu có và sở hữu một xưởng sản xuất gạch ở
đo được
nhiệt
độ (-269
0 tuyệt
chất
lỏng
heli.
trườngthể
nhiệt
độ
thấp
nhất
độđối
C). Thời điểm ấy cũng tồn
Ông tìm ra cách hạ nhiệt độ
Groningen, Hà Lan.
Thất
bại khi
nghiệm
vớigìbạch
kim,

tại một vài
lý luận
nói thí
về
hiện
tượng
sẽ xảy
ravàng.
khi vật chất
Heli
xuống
0.9K




Thí nghiệm
ngân
trong
khoảng
gần đạtvới
đếnthủy
nhiệt
độ 0giúp
tuyệtphát
đối.hiện hiện tượng
1835

siêu dẫn.

1878

1907
1908

1911


Hiện tượng siêu dẫn

Sự ra đời của hiện tượng siêu dẫn

1

0.16

THÍ NGHIỆM



Đổ đầy thủy ngân vào một ống thủy tinh hình

của dây gắn với máy đo điện trở.



Dùng chất lỏng heli để hạ nhiệt độ của thủy
ngân xuống 0,9 độ K.

Ω

R,

chữ U và được nối với dây điện, một đầu kia
0.08

0
0

2

4
T,K

6


Hiện tượng siêu dẫn

Sự ra đời của hiện tượng siêu dẫn

1

1835

1878

1907

1908

1911

Phát hiện
ra hiện tượng
siêu dẫn


Hiện tượng siêu dẫn

2

Hiện tượng siêu dẫn là gì?

Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng vật lý xảy ra đối với một số vật liệu ở nhiệt độ đủ
thấp và từ trường đủ nhỏ khiến điện trở của một vật đột ngột giảm xuống tới 0.


Hiện tượng siêu dẫn

2

Hiện tượng siêu dẫn là gì?


Hiện tượng siêu dẫn

3

Ở TTSD

Một số đặc tính của chất siêu dẫn

Chất siêu dẫn

thì R=0

Kim loại chuyển từ trạng thái bình thường sang trạng thái siêu dẫn là chuyển pha loại 2:

 Không có sự thay đổi đột ngột cấu trúc tinh thể
-26
BằngKhông
thực nghiệm
ta tìm
ra được
điện
trở của
chất siêu dẫn vào cỡ 10

kèm theo
sự nhận
hoặc
truyền
nhiệt
 Có sự nhảy vọt về giá trị của đạo hàm nội năng theo nhiệt độ tức của nhiệt dung riêng

Q=0; C thay đổi
nhảy vọt

Hiện tượng siêu dẫn

Một số đặc tính của chất siêu dẫn

3

Chất siêu dẫn

Ở TTSD

Q=0; C thay đổi
nhảy vọt

thì R=0

Chất nghịch từ lý
tưởng


Hiện tượng siêu dẫn

3

Một số đặc tính của chất siêu dẫn

Năm 1933, hai nhà vật lí Đức Meissner và Ochsenfeld đã tìm ra đặc tính này (Hiệu ứng Meisner – Ochsenfeld)

Tc

Đây là đặc tính dùng để phân biệt vật liệu dẫn điện hoàn hảo với chất siêu dẫn

Hiện tượng siêu dẫn

Một số đặc tính của chất siêu dẫn

3

Chất siêu dẫn

Ở TTSD

Q=0; C thay đổi
nhảy vọt

thì R=0

Chất nghịch từ lý
tưởng

Tính SD mất
nếu CĐTT>Hc


Hiện tượng siêu dẫn

3

Một số đặc tính của chất siêu dẫn

Hiện tượng siêu dẫn

3



Một số đặc tính của chất siêu dẫn

Phân biệt chất siêu dẫn nhờ hiệu ứng Meissner


Hiện tượng siêu dẫn

Một số đặc tính của chất siêu dẫn

3

Chất siêu dẫn

Ở TTSD

Q=0; C thay đổi
nhảy vọt

thì R=0

Chất nghịch từ lý

Tính SD mất

tưởng

nếu CĐTT>Hc
i>ic => TTSD biến
mất


Hiện tượng siêu dẫn

3

Một số đặc tính của chất siêu dẫn

Năm 1916, nhà vật lý Mĩ Silsbee dự đoán rằng tính siêu dẫn bị phá hủy bởi từ trường vượt quá từ
trường giới hạn, bất kể là từ trường đó là từ trường ngoài hay từ trường do chính dòng điện chạy
trong nó sinh ra.



Mật độ dòng điện càng nhỏ nếu như nhiệt độ của nó càng gần Tc và từ trường ngoài (nếu có) càng
mạnh


Hiện tượng siêu dẫn

3

Một số đặc tính của chất siêu dẫn

Vật liệu siêu dẫn được đặc trưng bởi 3 thông số: Nhiệt độ tới hạn, từ trường tới hạn và mật
độ dòng tới hạn.


Hiện tượng siêu dẫn

4

Giải thích hiện tượng siêu dẫn

Gần 60 năm sau khi phát hiện ra hiện tượng siêu dẫn, John Bardeen, Leon Cooper và Robert
Schrieffer đã đưa ra sự giải thích về mặt lý thuyết


Hiện tượng siêu dẫn

4

Giải thích hiện tượng siêu dẫn

Nội dung

 Do đặc trưng tương tác điện tử, hai electron có spin ngược chiều nhau trong điều kiện nhất định có thể hút nhau
thông qua các ion của mạng tinh thể tạo thành các cặp gọi là cặp Cooper. Cụ thể ảnh hưởng sức hút của mạng lưới
giữa các electron thường đẩy nhau thành ra 1 cặp năng lượng liên kết có bậc cỡ MeV đủ sức liên kết chúng thành
cặp ở tại nhiệt độ rất thấp.

Trạng thái điện tử cơ bản của chất rắn trở lên không bền

Hiện tượng siêu dẫn

4

Giải thích hiện tượng siêu dẫn

 Ta có thể hình dung, khi một điện tử chuyển động, tương tác của nó với mạng tinh thể làm biến dạng mạng tinh thể và
điện tử đi theo sau đó sẽ dễ dàng chuyển động hơn trong tinh thể.


Hiện tượng siêu dẫn

5

Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn trong đời sống

1. Tàu chạy trên lớp điện từ

Đường ray có mặt cắt
Nam châm
siêu U,
dẫntrên
đặtnó
trên
đặt trong
những
hình chữ
cótàu
lắpvà
3 cuộn

dây từ,
đượcbình
chứacung
Helium
hoá
lỏng,
nhiệt độ
-269
cấp đã
điện
bởi
các tạo
trạmranguồn
đặtthấp
dướilàđất
dọc
độ C

đường tàu.

Khi dòng điện đi qua sẽ sinh ra từ
trường 4,23 tesla


Hiện tượng siêu dẫn

5

Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn trong đời sống

1. Tàu chạy trên lớp điện từ

Nhờ lực hút và lực đẩy xen kẽ giữa hai cực Nam - Bắc của cuộn dây và nam châm, con tàu cứ thế tiến lên phía trước. Điều
khiển tốc độ nhờ điều chỉnh biến đổi tần số dòng điện trong cuộn dây từ 0 đến 50 Hz


Hiện tượng siêu dẫn

5

Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn trong đời sống

1. Tàu chạy trên lớp điện từ

Ngày 21/04/2015,Tàu đệm từ của
công ty Đường sắt Nhật Bản vừa xác
lập kỷ lục thế giới khi di chuyển với
vận tốc 603 km/h


Hiện tượng siêu dẫn

5

Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn trong đời sống

2. Máy chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI)


Hiện tượng siêu dẫn

5

Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn trong đời sống

2. Máy chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI)