Siêu dẫn và ứng dụng

Chia sẻ: Le Van Loi | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:72

Thêm vào BST

Báo xấu

265
lượt xem 86
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo cho các bạn học chuyên ngành. Có thể nói việc hoá lỏng helium là tiền đề cho sự phát minh ra siêu dẫn. Năm 1908 Kamerlingh Onnes ( Hà Lan) đã hoá lỏng đc Nitơ đầu tiên trên thế giới, năm 1911 chính ông khi nghiên cứu điện trở của Hg đột ngột giảm về 0 khi nhiệt độ dưới 4,2K.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Siêu dẫn và ứng dụng

Siêu dẫn và ứng dụng Sinh viên : Lê Văn Lợi K12 : Vật Lý
Mục lục • 1, Lịch sử • 2, Tính chất điện của siêu dẫn • 3, Tính chất từ của siêu dẫn • 4, Tính chất nhiệt của siêu dẫn • 5, Lý thuyết cơ bản về siêu dẫn • 6, Lý thuyết vi mô về siêu dẫn • 7, Sơ lược về siêu dẫn nhiệt độ cao • 8, Ưngs dụng của siêu dẫn và vật liệu siêu dẫn
Lịch sử • Có thể nói việc hoá lỏng helium là tiền đề cho sự phát minh ra siêu dẫn. Năm 1908 Kamerlingh Onnes ( Hà Lan) đã hoá lỏng đc Nitơ đầu tiên trên thế giới, năm 1911 chính ông khi nghiên cứu điện trở của Hg đột ngột giảm về 0 khi nhiệt độ dưới 4,2K
• Những năm sau đó một vấn đề liên quan đến siêu dẫn được khám phá. Năm 1914 hiện tượng dòng điện phá vỡ trạng thái siêu dẫn đã được phát hiện và cùng năm đó Kamerlingh Onnes chế tạo được nam châm siêu dẫn. Năm 1930 hợp kim siêu dẫn được tìm ra. Năm 1933 Meissner và Ochsenfeld đã công bố chất siêu dẫn khi làm lạnh dưới nhiệt độ chuyển pha trong từ trường thì đường cảm ứng từ bị đẩy ra ngoài. Hiệu ứng này gọi là hiệu ứng Meissner
Về lý thuyết • Năm 1957 Barden, Cooper và Shriffer đã đưa ra lý thuyết vi mô, được gọi là lý thuyết BCS đã giải thích được tất cả các tính chất cơ bản của chất siêu dẫn và lý thuyết này đã nhận được giải Nobel năm 1972. Tuy nhiên lý thuyết này chỉ giải thích được siêu dẫn nhiệt độ thấp, không còn đúng với siêu dẫn nhiệt độ cao có thể cần 1 lý thuyết mới hay mở rộng của BCS. Vấn đề này đang trở thành 1 đề tài đầy hấp dẫn với các nhà khoa học. • Trong suốt khoảng thời gian từ năm 1911 đến 1985 các chất siêu dẫn tìm ra đều có nhiệt độ chuyển pha dưới 24K và chất lỏng Heli vẫn là môi trường duy nh ất được dùng để nghiên cứu siêu dẫn.
• Năm 1986 J.G Bednorz và K.A. Muller ( Thụy Sĩ) đã tìm ra tính siêu dẫn trong hợp chất gốm La-Ba-Cu-O với nhiệt chuyển pha nằm trong vùng Nito lỏng. Với phát minh này 2 ông đã giành giải Nobel Vật Lý năm 1987. Từ đây ngành siêu dẫn đã mở ra 1 hướng mới đó là Vật Lý siêu dẫn nhiệt độ cao mở ra một kỷ nguyên mới, và cuộc chạy đua giữa các phòng thí nghiệm
• Vậy siêu dẫn là gì : là 1 trạng thái vật lý phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn, nó cho phép dòng điện chạy qua không có đi ện trở và khi đặt chất siêu dẫn trong từ trường từ trường bị đẩy ra khỏi nó
Bảng các nguyên tố là chất siêu dẫn
2.Tính chất điện của siêu dẫn • Điện trở của tất cả kim loại và hợp kim đều giảm xuống khi làm lạnh. Dòng điện chạy trong vật dẫn mang các điện tử dẫn những điện tử này chuyển động tự do dưới dạng sóng. Có thể biểu diễn qua trình truyền điện tử trong kim loại như các sóng phẳng truyền theo một hướng. Do kim loại có cấu trúc tinh thể với các nguyên tử nằm trong mạng tuần hoàn nên các sóng phẳng có thể truyền suốt cấu trúc tuần hoàn tinh thể mà không bị tán xạ vào các hướng khác. Nói cách khác vật dẫn có cấu trúc tinh thể hoàn hảo sẽ cho dòng điện qua mà không bị một cản trở nào
cấu trúc tinh thể hoàn hảo
• Tuy nhiên trong mạnh tuần hoàn của tinh thể thường có những khuyết tật. Những khuyết tật này làm tán xạ sóng điện từ và do đó điện trở sinh ra. Ngoài ra còn 2 hiệu ứng nữa sinh ra điện trở đó là sự phá vỡ cấu trúc hoàn hảo do tạp chất và dao động nhiệt. • Vậy điện trở của kim loại có 3 nguyên nhân • -sự sai hỏng mạng • -dao động nhiệt • -tạp chất
• Những kim loại đáp ứng được cả 3 yếu tố trên chỉ là giả thuyết. Đối với kim loại hoàn toàn sạch điện trở chỉ do dao động nhiệt, và có giá trị xấp xỉ 0 khi nhiệt độ tiến tới 0K. Nhưng đây không phải là siêu dẫn mà là dẫn điện hoàn hảo
• Làm thế nào để chứng minh chất siêu dẫn khi làm lạnh dưới nhiệt độ chuyển pha thì sẽ có điện trở thực sự bằng 0. Điều này đối với thực nghiệm là không thể vì độ nhậy và chính xác của thiết bị đo luôn có sai số. Nhưng ta có thể kiểm tra bằng cách cho dòng điện vào ống dây siêu dẫn dưới nhiệt độ chuyển pha ta có công thức • i(t) =i(0).exp(-R/L)t •
• ta đo từ trường ở bên ngoài cuôn dây, phép đo từ tròng không lấy đi năng lượng của cuôn dây và ta có thể quan sát được sự biết thiên của dòng điện theo thời gian và ta xác định được điện trở của chất siêu dẫn < 10^-26 Ωm. Từ giá trin này ta có thể khẳng định điện trở của kim loại = 0.
• Nhưng đối với dòng xoay chiều thì từ trường thay đổi và một phần năng lượng bị tiêu tán trong siêu dẫn thì có 2 loại hạt tải điện là tải điện siêu dẫn và tải điện thường như trong kim loại. Khi cho dòng 1 chiều không đổi ch ạy qua thì chỉ có hạt tải điện siêu dẫn dẫn điện và không có điện trường trong vật dẫn (nếu ko các siêu diện tử sẽ tăng tốc liên tọc và tạo ra dòng điện vô hạn). Nếu không có điện trường sẽ không có sự gia tốc các điện tử thường như vậy sẽ ko có dòng điên thường. Khi đặt vào 2 đầu vật siêu dẫn dòng điện sẽ tăng vô hạn theo lý thuyết trên nhưng do điện trở nguồn nên ổn định ở 1 giá trị nào đó
3. Tính chất từ của siêu dẫn • Hiệu ứng Meissner
• Hiệu ứng Meissner cho biết biểu hiện tính chất trong lòng nó các đường cảm ứng từ bằng 0. Nghĩa là siêu dẫn biểu hiện như 1 chất nghịch từ lý tưởng. Đăc trưng hệ số từ hóa =1 • Ta xét 2 đặc trưng cơ bản của siêu dẫn về tính chất điện và từ xuất phát từ pt cơ bản của điện động lực học thì • • E=rJ • Trong trạng thái siêu dẫn điện trở suất =0 và J là đại lượng hữu hạn nên • rotE=0 • • theo pt Maxwell • • dB/dt= -rotE • và theo rotE=0 thì dB/dt =0 suy ra B là 1 h ằng số