THUC CHO TUNG NỘI DUNG
IV. Hiện tượng siêu dẫn
Ở phần trước, chúng ta đã nói rằng ở gần 0 K, điện trở của một số kim loại giảm
đột ngột đến không. và chúng trở nên dẫn điện
rất tốt. Đó là hiện tượng siêu dẫn. Nhiệt độ mà P từ đó bắt đầu xảy ra hiện tượng siêu dẫn gọi là
nhiệt độ tới hạn T,.
Sự phụ thuộc của điện trở suất của vật siêu dẫn theo nhiệt độ được biểu diễn như hình vẽ.
Hiện tượng siêu dẫn được Kammerlingh Onnes phát hiện đẩu tiên với thuỷ ngân, năm
1911. gần đõy do kĩ thuật tạo nờn nhiệt độ thấp ứ 5 °
CC a
Chie vita Âưởng dâu: Thương ‘Dink ea Sink vita: Lt Tran "Thao Trang
ngày càng hoàn hảo, người ta có thé tao ra nhiệt độ thấp đến 0,0001 K và hơn nữa.
Nhờ đó ta phát hiện ra hơn 20 kim loại và nhiều hợp kim có tính siêu dẫn. Bảng sau đây cho ta nhiệt độ tới hạn T. của một số kim loại và hợp kim.
Titan (Ti) Vanadi (V) Cadimi (Cd) Chi (Pb)
Kém (Zn) Nidbi (Nb)
Vật ở trang thái siêu dẫn có những tính chất rất đặc biệt, khác hẳn với vật dẫn
thông thường.
Trước hết, vật siêu dẫn là vật dẫn điện lý tưởng: điện trở của nó bằng không. Do
đó nếu trong vật siêu dẫn có một dòng điện, thì dòng điện đó có thể tổn tại rất lâu,
vì không có sự hao phí nang lượng do sự tod nhiệt Joul_Lentz.
Người ta có thể tạo nên dòng điện trong một vòng dây siêu dẫn nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ. Thực nghiệm cho thấy dòng điện đó có thể tổn tại trong vòng dây
siêu dẫn đó hàng vài năm, không cẩn có nguồn điện mà cường độ hầu như không giảm đi bao nhiêu. Người ta có thể xác định được sự có mặt của dòng điện đó nhờ quan sát từ trường do nó sinh ra, thí dụ bằng cách đặt gần vòng dây một kim nam
châm và quan sát sự lệch của kim này.
Một đặc điểm nữa của vật siêu dẫn là tính siêu dẫn chịu ảnh hưởng lớn của từ trường. Khi có từ trường tác dụng vào vật siêu dẫn thì nhiệt độ tới hạn sẽ hạ T, xuống, nghĩa là vật trở nên siêu dẫn ở nhiệt độ thấp hơn. Nếu từ trường đủ mạnh, nó có thể làm mất tính siêu dẫn của vật. Giá trị của cường độ từ trường làm mất tính
siêu dẫn ở một nhiệt độ nào đó gọi là từ trường tới hạn H,. Tính siêu dẫn của vật
không những chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài, mà còn chịu ảnh hưởng của từ
trường do dòng điện chạy qua bản thân vật siêu dẫn gây nên. Do đó, nếu dòng điện
chạy qua vật siêu dẫn là đủ lớn, sao cho từ trường do nó sinh ra ở trên vật đạt giá trị tới hạn, thì tính siêu dẫn của vật mất đi.
Về mặt tính chất từ, vật siêu đẫn là vật nghịch từ lý tưởng. Khi vật đã ở trạng thái
siêu dẫn mọi đường cảm ứng từ đều đã bị đẩy ra khỏi vật, trừ một lớp rất mỏng ở bên ngoài mặt vật, nghĩa là bên trong vật siêu dẫn, từ trường luôn bằng không. Hiện
tượng này gọi là hiện tượng Maixne, được phát hiện ra năm 1933, Đây là thuộc tính
cơ bản thứ hai của các vật siêu dẫn, bên cạnh tính dẫn điện lý tưởng. Do có tính nghịch từ lý tưởng, nên vật siêu dẫn được đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng của những lực có xu hướng đẩy nó ra ngoài từ trường. Người ta đã làm những thí nghiệm
- 58 -
Giido vitn uởng dân: Tusmg Binh Toa Sinh cửa: Lt Thdn Thdo Trang
chứng minh hiện tượng này, trong
đó một vật siêu dẫn bị đẩy lơ lửng
trên không, bên trên một thanh nam châm.
Ngoài những tính chất trên, người ta còn thấy rằng khi chuyển
sang trạng thái siêu dẫn, kim loại có những biến đổi đột ngột vẻ nhiều tính chất vật lý khác (như thay đổi vé nhiệt dung riêng v.v..).
Vì thế quá trình vật chuyển từ trạng
thái bình thường sang trang thái
siêu din là một quá trình chuyển Hình chụp một vật siêu dẫn bị đẩy lơ lửng
pha sang một pha mới: pha siêu trên một nam châm vĩnh cửu
dẫn (giống như sự chuyển từ pha
khí sang pha lỏng, hay từ pha lỏng sang pha rắn).
Trong những năm gần đây, hiện tượng siêu dẫn đà bắt đầu được ứng dụng và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật. Dựa trên tính chất dẫn điện lý tưởng của vật siêu dẫn ta có thể tạo ra những biến thế lớn, có hiệu suất cao (vì
không tiêu hao năng lượng dưới dạng nhiệt), những nam châm điện cực mạnh (mà
không cần dùng nguồn điện một cách liên tục, chỉ cần tốn năng lượng không nhiều lắm để duy trì nhiệt độ thấp). Trong một số công việc, người ta đã dùng đường dây siêu dẫn để truyén dòng điện mà không có hao phí (như những đường dây truyền
tính hiệu rất yếu trong các kính thiên văn vô tuyến v.v..). sự phụ thuộc của tính siêu dẫn vào từ trường được dùng để tạo nên các mạch trong máy tính rất chính xác, hoạt
động nhanh, tiêu hao ít năng lượng và có kích thước nhỏ. Tính nghịch từ của vật siêu
dẫn được ứng dung để tạo ra những động cơ, con quay định hướng v.v.. không cần
dùng vòng bi, trục đỡ, mà dùng trục đỡ từ tính, không có ma sát... ngoài ra, vật siều
dẫn còn bất đầu được ứng dụng trong việc tạo nên những máy thu, phát sóng siêu cao tần, tạo nên những điện kế, bức xạ kế, máy khuếch đại rất nhạy.
Hiện nay, người ta tiếp tục nghiên cứu để mở rộng phạm vỉ ứng dụng của vật siêu
dẫn. Để làm được những biến thế lớn, nam châm điện mạnh, cẩn tạo ra những vật siêu din có từ trường tới hạn lớn, để có thể chịu được dòng điện có cường độ lớn.
Người ta cũng đang cố gắng tạo nên những vật siêu dẫn có nhiệt độ tới hạn cao.
Nếu giải quyết được vấn để này, ta sẽ tiến tới co những đường dây tải điện năng đi
xa mà không có hao tốn ( và không phải làm lạnh).
- §9 -
Chae vlin ương dan; Thường Dink Toa Sink vlin: Le dn Thao Trang
BAI 3: NGUỒN ĐIỆN, SUAT ĐIỆN ĐỘNG CUR NGUON ĐIỆN, 0JNH LURT OHM CHO MACH KIM VA OOAN MACH CO CHUM SURT ĐIỆN ĐỘNG .