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

HIện tượng siêu dẫn là một đề tài còn mới mẻ và vô cùng hấp dẫnKhả năng ứng dụng của vật liệu siêu dẫn là hết sức rộng rãi và quan trọng. Các vật liệu siêu dẫn sẽ đưa đến một thay đổi lớn lao về kĩ thuật, công nghiệp và có thể cả trong kinh tế và đời sống xã hội.

Trang 2

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

Trang 3

Chủ đề:

Hiện tượng siêu dẫn

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

Trang 4

Onnes phát minh ra nhiệt kế có thể đo được nhiệt độ 0 tuyệt đối

Onnes chủ yếu nghiên cứu đặc trưng của vật chất trong môi trường nhiệt độ thấp nhất (-269 độ C) Thời điểm ấy cũng tồn tại một vài lý luận nói về hiện tượng gì sẽ xảy ra khi vật chất trong khoảng gần đạt đến nhiệt độ 0 tuyệt đối

Ông tìm ra cách hạ nhiệt độ

 Phát minh ra hộp chuyên dụng để đựng và bảo quản chất lỏng heli.

 Thất bại khi thí nghiệm với bạch kim, vàng.

 Thí nghiệm với thủy ngân giúp phát hiện hiện tượng siêu dẫn.

Trang 5

6 4

2 0

0 0.08

0.16

R, Ω

T,K

 Đổ đầy thủy ngân vào một ống thủy tinh hình

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

của dây gắn với máy đo điện trở

 Dùng chất lỏng heli để hạ nhiệt độ của thủy

ngân xuống 0,9 độ K

THÍ NGHIỆM

1 Sự ra đời của hiện tượng siêu dẫn

Trang 6

1835 1878

Trang 7

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

Trang 8

2 Hiện tượng siêu dẫn là gì?

Trang 9

Bằng thực nghiệm ta tìm ra được điện trở của chất siêu dẫn vào cỡ 10-26

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

 Không 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

Trang 11

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

Trang 13

Trang 14

 Phân biệt chất siêu dẫn nhờ hiệu ứng Meissner

Trang 15

mất

Trang 16

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.

mạnh

Trang 17

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.

Trang 18

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

Trang 19

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

Trang 20

 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

Trang 21

5 Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn trong đời sống

hình chữ U, trên nó có lắp 3 cuộn dây từ, được cung cấp điện bởi các trạm nguồn đặt dưới đất dọc

Trang 22

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

Trang 23

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

Trang 24

2 Máy chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI)

Trang 25

2 Máy chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI)

Trang 26

3 Máy gia tốc hạt bằng chất siêu dẫn nhiệt độ cao

Dùng những nam châm cực mạnh để bẻ cong các chùm hạt, làm cho chúng chạy theo

đường tròn để chúng va đập vào nhau, qua

đó nghiên cứu những "mảnh" sinh ra do những va đập mạnh đó; người ta gọi đó là

"siêu va đập siêu dẫn” để tìm đặc tính của nguyên tử

Trang 27

3 Máy gia tốc hạt bằng chất siêu dẫn nhiệt độ cao

Large Hadron Collider (Máy gia tốc hạt lớn - gọi tắt là LHC) là chiếc máy gia tốc hạt hiện đại lớn nhất và cung cấp gia tốc mạnh nhất

trên thế giới.

Trang 28

4 Truyền tải năng lượng

Do điện trở của dây cáp siêu dẫn là 0 (mật độ dòng điện đạt tới 105

A/cm2 )

Nên dây cap tải điện siêu dẫn không cần quá to và không làm hao

phí điện năng như các dây tải điện thường

Ngoài ra, người ta còn đang hướng tới sử dụng máy phát điện siêu dẫn

vì có thể giảm 2lần kích thước, khối lượng 3 lần, khối lượng roto 4 – 5

lần và công suất lên tới 30 triệu oát

Trang 29

5 Nam châm siêu dẫn trong lò phản ứng nhiệt hạch

Trong lò phản ứng các nam châm siêu dẫn sẽ giữ plasma

ở giữa không trung trong lò phản ứng tokamak hình

bánh rán Năm 1986, ở Anh đã tạo ra nhiệt độ 140 triệu

đô trong nửa giây

Trang 30

6 Bom E

Thiết bị này sử dụng một lực từ trường có nguồn gốc siêu dẫn cực mạnh để tạo nên xung điện từ rất nhanh và mạnh

nhằm phá hỏng các thiết bị điện tử của đối phương

Lần đầu tiên thiết bị này được sử dụng là trong cuộc chiến vào tháng 3/2003, khi quân đội Mỹ phá huỷ hệ thống phát thanh của Iraq

Trang 31

Trang 32

7 Hiệu ứng Josephson

 Bộ biến đổi analog/digital

Do được làm bằng chất siêu dẫn đã làm tăng vùng tần số có thể đo được Hơn nữa, bộ biến đổi A/D bằng tiếp xúc Josephson đảm bảo độ ổn định hơn so với các bộ biến đổi thông thường bằng bán dẫn

Trang 33

7 Hiệu ứng Josephson

 Thiết bị dò sóng Mini

Từ các nguồn nhiệt độ thấp bức xạ các sóng milimet,

thiết bị dò bằng màng mỏng YBCO có thể phát hiện

và định vị các bộ phận ung thư trong không gian ba

chiều Các chất siêu dẫn có thể sử dụng cho công nghệ

thông tin ở những vùng có tần số siêu cao

Trang 34

8 Máy giao thoa lượng tử siêu dẫn (SQUIT)

Là loại từ kế có độ nhạy hết sức cao, có thể phát hiện ra những từ trường hết sức nhỏ

 Cảm biến đo từ thông ba chiều

Hệ SQUID YBCO có thể sử dụng cho việc đo từ thông ba chiều Lợi ích của thiết bị này là định vị sự tăng từ thông trong cấu trúc cụ thể

 Ăngten mini

Ăngten làm bằng chất siêu dẫn nhiệt độ cao chỉ có kích thước bằng 5% các loại ăngten thông thường Ăngten mini này làm việc theo nguyên lý mạch xuyên ngầm và có độ nhạy gấp 20 lần các loại ăngten khác

Trang 35

9 Bình tích trữ năng lượng từ siêu dẫn (SMES)

 Trong SMES, năng lượng được sinh ra từ từ trường của cuộn dây siêu dẫn rất lớn

được chôn trong lòng đất Năng lượng được tích trữ trong cuộn dây siêu dẫn và các

mạch điện trong hệ thống này không bị tiêu hao năng lượng

 Khi cần sử dụng, năng lượng được phóng ra rất nhanh với cường độ rât mạnh Điều

này làm giảm từ trường và giảm năng lượng tích trữ SMES có hiệu suất đến 90%

 Có thể sử dụng thiết bị này để phóng các loại máy bay phản lực, tàu vũ trụ,…

Trang 36

10 Tàu thủy siêu dẫn

tốc 60mph Họ đã sử dụng năng lượng trường điện từ được tạo ra bằng nam châm siêu dẫn để chạy tàu thủy Các từ trường này có thể đẩy tàu thủy và tàu ngầm dưới nước với tốc độ cao Tàu

Trang 37

11 Tách chiết từ

 Tách lọc từ là phương pháp tách chiết các thành phần tạp chất xác định nào đó ra khỏi hỗn hợp của nó Do

sự khác nhau của các tính chất từ của các thành phần riêng tạo nên hỗn hợp

 Nam châm siêu dẫn nhiệt độ cao có nhiều khả năng ứng dụng trong công nghệ này như: tách chiết các sunfuaro từ than đá, tách chiết các tạp chất từ các khoáng vật, tách chiết các mảnh kim loại trong lòng đất, trong các thiên thạch,…Có thể sử dụng để tái chế và làm sạch nước thải, các hóa chất và tách lọc khí đốt

Trang 38

Trang 39

Khả năng ứng dụng của vật liệu siêu dẫn là hết sức rộng rãi và quan trọng Các vật liệu siêu dẫn sẽ đưa đến một thay đổi lớn lao về kĩ thuật, công nghiệp và có thể cả trong kinh tế

và đời sống xã hội.

Định dạng
Số trang	39
Dung lượng	27,98 MB