Vật liệu siêu dẫn được ứng dụng ở nhiều ngành nghề và nhiều lĩnh vực khác nhau từ vật lý, y học cho đến các công trình xây dựng. Vậy vật liệu siêu dẫn là gì? Đặc điểm, ứng dụng và nguyên lý dẫn điện trong vật liệu siêu dẫn là gì? Hãy cùng tìm hiểu nhé!
Vật liệu siêu dẫn là gì?
Để hiểu rõ vật liệu siêu dẫn là gì thì bạn phải nắm được khái niệm siêu dẫn là gì. Trong Vật Lý, siêu dẫn xảy ra khi một vật thể ở nhiệt độ đủ thấp và từ trường đủ nhỏ. Khi đó, mức điện trở của vật trở về mức 0 khiến nội từ trường bị suy giảm theo hiệu ứng Meissner.
Như vậy vật liệu siêu dẫn chính là vật liệu không có điện trở. Điện trở chính là khả năng cản trở dòng điện, nghĩa là vật liệu siêu dẫn có điện trở bằng 0, là vật liệu để dòng điện chạy qua mà không có khả năng để cản trở làm giảm cường độ của dòng điện.
Cách tạo ra vật liệu siêu dẫn là người ta sẽ tạo ra một lực hút giữa các hạt e- truyền dẫn. Từ đó làm sản sinh việc trao đổi p+ tạo ra từ cặp e- tương quan.
Các vật liệu ở trong vùng nhiệt độ T < TC nào đó, có điện trở gần như bằng 0 gọi là vật liệu siêu dẫn. Người ta cũng xác định được rằng chất liệu siêu dẫn có độ cảm ứng \( \chi =-1 \) nên siêu dẫn con sẽ được xếp vào vật liệu nghịch từ lý tưởng.
Ngoài ra còn tồn tại một vật siêu dẫn có tính dẫn nhiệt cao hơn lý thuyết và thấp hơn nhiệt độ thường trong phòng. Tuy nhiên những nghiên cứu về vật siêu dẫn nhiệt độ cao vẫn chưa hoàn chỉnh.
Để hiểu hơn về tính chất của vật liệu siêu dẫn, bạn có thể tham khảo qua một số ví dụ về vật liệu siêu dẫn dưới đây:
- Hg ở nhiệt độ Tc 4,1 độ K
- Pb ở nhiệt độ Tc 7,2 độ K
- Nb ở nhiệt độ Tc 9,2 độ K
- NbN ở nhiệt độ Tc 15,2 độ K
- Nb3Sn ở nhiệt độ Tc 18,1 độ K
- Nb3Ga ở nhiệt độ Tc 20,3 độ K
- NB3Ge ở nhiệt độ Tc 23,2 độ K
- Bi2Sr2Ca2Cu3O10 ở nhiệt độ Tc 110 độ K
- Tl2Ba2Ca2Cu3O10 ở nhiệt độ Tc 125 độ K
Đặc điểm của vật liệu siêu dẫn
Các đặc điểm nổi bật của vật liệu siêu dẫn có thể kể là:
Vật liệu siêu dẫn cho phép dòng điện đi qua với cường độ rất lớn bởi vì chúng không có kháng trở làm cản trở dòng điện.
Các chất siêu dẫn có khả năng cản từ trường và bóp méo từ trường.
Các chất siêu dẫn hầu như không tồn tại trong các dòng chảy e- tự do mà phải sử dụng kỹ thuật đo khe năng lượng mới phát hiện được.
Vật liệu siêu dẫn không phát ra các bức xạ nhiệt nhưng khi có bức xạ đủ mạnh thì sẽ gây giảm tính siêu dẫn của vật liệu dù vật liệu vẫn đang ở trong điều kiện siêu lạnh.
Một vật liệu chỉ trở thành vật liệu siêu dẫn trong 1 môi trường nhất định khi đảm bảo được nhiệt độ, thường là nhiệt độ rất thấp.
Cho đến hiện tại, nhiệt độ cao nhất có thể đạt được của một vật siêu dẫn là 125 độ K. Tuy nhiên các chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn 100 độ K thường không có sự cố định.
Ứng dụng vật liệu siêu dẫn
Hiện nay công nghệ vật liệu siêu dẫn có những ứng dụng rất thiết thực trong đời sống của con người. Một số ứng dụng tiêu biểu của vật liệu siêu dẫn gồm có:
– Các nam châm siêu dẫn có từ trường cực mạnh nhưng lại có khối lượng nhẹ, kích thước nhỏ, có thể tránh được hiệu ứng Joule được ứng dụng trong các máy gia tốc Tokamak, tạo ra một môi trường plasma để không chế các phản ứng nhiệt hạch. Ngoài ra các nam châm siêu dẫn còn được dùng để chế tạo động cơ điện, máy phát công suất lớn lên đến hàng trăm MW.
– Lắp đặt các cuộn dây siêu dẫn để tàu siêu tốc có thể chạy trên đệm từ không khí. Các cuộn dây siêu dẫn có khả thể nâng con tàu nặng hàng trăm tấn lên khỏi đường ray và kéo tàu chạy với vận tốc cực nhanh.
– Chế tạo các dụng cụ và thiết bị, giao thoa lượng tử siêu dẫn có độ chính xác cao và rất nhạy khi phát hiện được những mức từ trường vô cùng nhỏ phát ra từ não hay tim con người.
– Ứng dụng hiệu ứng B.Josephson ở siêu dẫn để chế tạo ra bộ nhớ và bộ vi xử lý trong các thiết bị điện toán số.
– Vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao được dùng để làm vật liệu trung gian hoặc bộ cảm biến mỏng dùng trong quân sự, y học và nghiên cứu vũ trụ.
– Truyền tải điện năng bằng dây cáp siêu dẫn, tăng hiệu quả tới 99,8%.
– Sử dụng dây truyền siêu dẫn trong thiết bị liên lạc, máy tính để nâng cao hiệu quả truyền dẫn, đảm bảo độ an toàn và chính xác.
Trên đây là một số nội dung liên quan đến vật liệu siêu dẫn giúp bạn có thể hiểu được vật liệu siêu dẫn là gì, đặc điểm và ứng dụng vật liệu siêu dẫn. Hy vọng qua bài viết bạn có thể bỏ túi thêm cho mình những kiến thức vật lý bổ ích, hỗ trợ bạn trong học tập và cuộc sống.
Có thể bạn quan tâm:
