Hiện tượng siêu dẫn là gì? Hiện tượng siêu dẫn là kiến thức vật lý 11 được ứng dụng phổ biến trong đời sống hiện nay. Để có thể hiểu chi tiết hơn về hiện tượng này, chúng tôi mời bạn đọc tham khảo nội dung trong bài viết hôm nay!
Contents
Hiện tượng siêu dẫn là gì?
Siêu dẫn là hiện tượng vật lý xảy ra với 1 số vật liệu ở nhiệt độ đủ thấp và từ trường đủ nhỏ. Nó được đặc trưng bởi giá trị điện trở bằng 0, dẫn đến sự suy giảm nội từ trường (hiệu ứng Meissner – hiệu ứng từ thông hoàn toàn bị đẩy ra khỏi bên trong vật siêu dẫn).
Siêu dẫn chính là một hiện tượng lượng tử, miêu tả các tính chất tự nhiên ở cấp độ nguyên tử hoặc ở hạt hạ nguyên tử. Hiện tượng này thường bị nhầm lẫn với mô hình lý tưởng dẫn điện hoàn hảo trong vật lý cổ điển như từ thủy động lực.
Trong chất siêu dẫn thông thường, sự siêu dẫn sẽ được tạo ra bằng cách tạo lực hút giữa một vài electron truyền dẫn nào đó nảy sinh từ việc tạo phonon; và làm cho electron dẫn trong chất siêu dẫn biểu hiện pha siêu lỏng tạo ra từ cặp electron tương quan. Bên cạnh đó còn tồn tại một lớp các vật chất, được biết đến như chất siêu dẫn khác thường vì nó phô bày tính siêu dẫn nhưng tính chất vật lý lại trái ngược lý thuyết của chất siêu dẫn đơn thuần.
Ngoài chất siêu dẫn thông thường thì còn có chất siêu dẫn nhiệt độ cao với tính siêu dẫn tại nhiệt độ cao hơn lý thuyết thường biết (vẫn thấp hơn nhiều so với nhiệt độ phòng). Cho đến hiện nay vẫn chưa có lý thuyết hoàn chỉnh về chất siêu dẫn nhiệt độ cao.
Ví dụ về hiện tượng siêu dẫn
Với kim loại nói chung khi ở nhiệt độ rất cao điện dẫn suất λ tỉ lệ với nhiệt độ T. Ở nhiệt độ thấp, λ tăng nhanh chỉ khi T giảm. Vậy nên trong kim loại tinh khiết có thể nói về nguyên tắc khi T=0 thì λ tiến tới vô cực (tức điện trở dần tiến tới 0), còn với kim loại có lẫn tạp chất thì ở nhiệt độ giới hạn Tc (khoảng vài độ K) sẽ có điện trở dư không phụ thuộc vào nhiệt độ và tỷ lệ với nồng độ tạp dư.
Tuy nhiên, trên thực tế thì không thể đạt tới nhiệt độ Tc=0 độ K và cũng không có kim loại nào nguyên chất hoàn toàn. Do đó, vật thể có điện trở bằng 0 chỉ là vật dẫn lý tưởng. Dưới đây là bảng ví dụ về nhiệt độ giới hạn của một số chất siêu dẫn được chúng tôi tổng hợp:
| Tên vật chất | Tc(K) |
| Nhôm | 1.19 |
| Thủy ngân | 4.15 |
| Chì | 7.19 |
| Thiếc | 3.72 |
| Kẽm | 0.85 |
| Nb₃SN | 18 |
| Nb₃Al | 18.7 |
| Nb₃Ge | 23 |
| DyBa₂Cu₃O₇ | 92.5 |
| HgBa₂Cu₃O₈ | 134 |
Lịch sử tìm kiếm chất siêu dẫn
Vào năm 1911, nhà Vật lý Heike Kamerlingh Onnes làm thí nghiệm với thủy ngân đã nhận thấy rằng sự phụ thuộc của điện trở thủy ngân vào nhiệt độ khác hoàn toàn sự phụ thuộc đối với kim loại khác. Cụ thể:
- Khi nhiệt độ thấp thì điện trở thủy ngân không phụ thuộc vào nhiệt độ nữa mà chỉ phụ thuộc vào nồng độ tạp chất.
- Nếu hạ nhiệt độ xuống tới Tc=4.1 độ K, giá trị điện trở đột ngột hạ xuống 0 một cách nhảy vọt.
⇒ Hiện tượng trên gọi là hiện tượng siêu dẫn và Tc chính là nhiệt độ tới hạn.
Đến tháng 01/1986, tại Zurich thì hai nhà Khoa học là Alex Muller và Georg Bednorz đã tình cờ phát hiện nhóm chất gốm được cấu thành từ lanthan, đồng, bari và oxit kim loại. Chất gốm này đã trở nên siêu dẫn ở mức nhiệt độ 35 độ K.
Sau một thời gian ngắn nữa, các nhà Khoa học Mỹ lại phát hiện ra các chất gốm tạo thành chất siêu dẫn ở mức nhiệt độ tới 98 độ K.
Xem thêm:: Hiệu điện thế là gì?
Đặc tính độc đáo của chất siêu dẫn
Chất siêu dẫn có các đặc tính phổ biến như cản từ trường hay bóp méo từ trường. Chất siêu dẫn hầu hết là không tồn tại các dòng chảy electron tự do, chỉ khi sử dụng kỹ thuật đo khe năng lượng mới biết được hiệu ứng siêu dẫn trên vật liệu đó.
Ngoài ra, chất siêu dẫn không phát ra những bức xạ nhiệt nhưng khi lượng bức xạ đủ mạnh thì sẽ gây giảm tính siêu dẫn, dù chất vẫn đang ở trong điều kiện siêu lạnh. Các đặc tính siêu dẫn đó chỉ xảy ra khi ở một nhiệt độ xác định, và thông thường là nhiệt độ thấp.
Phân biệt vật siêu dẫn và vật dẫn điện hoàn hảo
Như đã nói ở trên, vật siêu dẫn và vật dẫn điện hoàn hảo thường bị nhầm lẫn với nhau. Dưới đây là sự khác biệt của loại vật dẫn này:
- Từ trường bên trong vật dẫn điện hoàn hảo sẽ chịu tác động của môi trường ngoài ở nhiệt độ phòng, còn từ trường bên trong vật siêu dẫn chỉ chịu tác động ở nhiệt độ giới hạn của vật liệu cấu thành.
- Từ trường bị đẩy ra khỏi vật siêu dẫn ở nhiệt độ thấp sẽ không bị phụ thuộc vào trạng thái ban đầu của loại vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Trạng thái của vật siêu dẫn ở nhiệt độ thấp chính là trạng thái không thuận nghịch.
- Hiện tượng siêu dẫn xảy ra trong cuộc sống thực, trong khi độ dẫn điện hoàn hảo chỉ là một giả định được đưa ra để dễ tính toán.
Ứng dụng siêu dẫn ngoài thực tế
Tiềm năng ứng dụng chất siêu dẫn hay hiện tượng siêu dẫn là vô cùng rộng lớn và cực kỳ quan trọng. Vì nó sẽ đưa đến những thay đổi lớn lao và hiệu quả trong khoa học kỹ thuật, kinh tế cũng như xã hội đời sống hiện nay.
- Cuộn dây siêu dẫn được sử dụng để tạo ra từ trường rất mạnh; sáng chế máy đo điện trường chính xác giúp phát hiện từ trường cực nhỏ phát ra từ tim, não người,…
- Truyền tải điện năng, chế tạo động cơ điện và máy phát điện công suất cực cao và dự trữ nguồn năng lượng điện khổng lồ.
- Tàu siêu tốc chạy trên đệm từ không khí.
- Tạo ra máy gia tốc mạnh.
- Thiết bị trung gian và các bộ cảm biến lớp mỏng trong quân sự, y học, nghiên cứu vũ trụ,…
- Chế tạo bộ nhớ và bộ vi xử lý trong thiết bị điện toán số.
- Máy quét MRI dùng ở trong y học.
Trên đây là các kiến thức quan trọng để trả lời cho câu hỏi về hiện tượng siêu dẫn là gì mà chúng tôi muốn chia sẻ đến bạn. Hy vọng rằng thông tin mà Chamsocxehoi.org tổng hợp sẽ đem lại cho bạn nhiều thông tin hữu ích.
Tôi là Phạm Xuân Thanh – Tôi đã có kinh nghiệm hơn 3 năm review đánh giá về các loại máy móc công nghiệp, thiết bị vệ sinh công nghiệp, cách chăm sóc xe hơi. Tôi hy vọng những kiến thức mà tôi chia sẻ có thể giúp mọi người hiểu rõ hơn về các công dụng, chức năng của các loại thiết bị công nghiệp và các cách chăm sóc xe hơi này.
