Chương IV: Vật liệu siêu dẫn
Chương IV: Lavitron món đồ chơi thú vị sử dụng đệm từ (Đọc thêm)
Vật liệu siêu dẫn (chất siêu dẫn) là những chất gây nên hiện tượng siêu dẫn (trong vật lý học hiện đại hiện tượng siêu dẫn là một hiện tượng lượng tử).
Chương IV: Vật liệu siêu dẫn
Các nhà nghiên cứu đến từ đại học Cambridge mới đây đã tạo ra một loại vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao với khả năng tạo ra một từ trường có độ lớn 17,6 Tesla, phá vỡ kỷ lục được thiết lập trong phòng thí nghiệm cách đây một thập kỷ. (Trái đất là một nam châm khổng lồ từ trường của nó khá yếu vào khoảng 0,00005 Tesla)
Lịch sử phát triển vật liệu siêu dẫn:
Năm 1911, nhà vật lý Heike Kamerlingh Onnes làm thí nghiệm với thủy ngân (kim loại ở thể lỏng duy nhất trong bảng hệ thống tuần hoàn hóa học) Ông nhận thấy điện trở suất của thủy ngân phụ thuộc vào nhiệt độ khác hẳn với các kim loại khác. Khi nhiệt độ xuống tới Tc=4,1K điện trở suất của thủy đột ngột hạ xuống 0 một cách nhảy vọt.
Kết nối với nguồn điện sau đó ngắt mạnh ông nhận thấy rằng cường độ dòng điện được duy trì trong thời gian rất lâu=> ở trạng thái điện trở suất bằng không kim loại trở nên dẫn điện tuyệt đối => hiện tượng trên được gọi là hiện tượng siêu dẫn, thủy ngân được gọi là chất siêu dẫn, đặc tính trên được gọi là đặc tính riêng thứ nhất của chất siêu dẫn.
Ở nhiệt độ 4,1K tương đương -268,9oC với nhiệt độ quá thấp như vậy hầu như trong thực tiễn không thể xảy ra được hiện tượng siêu dẫn.
Vào cuối những năm 1980, các nhà khoa học tiếp tục tìm ra một lớp vật liệu mới sở hữu các đặc tính siêu dẫn ở nhiệt độ tối đa 130 độ K. Đây được gọi là các vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao (HTS) và rất có tiềm năng với các ứng dụng thực tế bởi chúng có thể được làm lạnh với nitơ lỏng thay vì heli lỏng, qua đó vật liệu dễ chế tạo và chi phí vận hành cũng rẻ hơn. Tuy nhiên ở vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ trên 100K thường mất ổn định và nhanh chóng mất đi tính chất siêu dẫn.
Năm 1986, Georg Bednorz và Alex Müller đã phát hiện ra một vật liệu mới khi cấy bari (doping) vào oxit latha-đồng, vốn là một chất cách điện, thì nó trở thành siêu dẫn ở nhiệt độ thấp hơn 36K. Một loạt các vật liệu có cấu trúc tương tự với nhiệt độ chuyển pha cao hơn đã được tìm thấy sau phát hiện này; như oxit yttrium-barium-đồng (YBCO) với nhiệt độ chuyển pha lớn hơn nhiệt độ của nitơ lỏng, mở ra khả năng cho những ứng dụng mới. Nhiệt độ chuyển pha cao nhất đạt được hiện nay là 134K(HgBa2Ca2Cu3O8, năm 1993).
Năm 1987, tại Hội nghị khoa học tại New York các nhà khoa học đã thảo luận về những đặc mới của chất siêu dẫn trong số đó là hiện tượng những đĩa gốm treo lơ lửng trên các nam châm, người ta gọi đó là “hiệu ứng Meissner”. Hiệu ứng này ngăn cản từ trường thâm nhập vào bề mặt chất siêu dẫn, làm cho đĩa gốm tự nâng lên và lơ lửng trên các nam châm; nhưng nếu là một từ trường mạnh thì vẫn có thế thắng được sức đẩy, khi đó nó phá huỷ đặc tính siêu dẫn của vật liệu. Như vậy, những chất gốm siêu dẫn tỏ ra dễ bị ảnh hưởng bởi từ trường mạnh. Đồng thời, nguyên lý Magnetic Levitation (viết gọn thành maglev) (Các chất siêu dẫn có thể tạo ra từ trường mạnh, từ đó tạo ra lực từ giúp nâng các vật chống lại lực hấp dẫn)
=>Đặc tính riêng của thứ hai của chất siêu dẫn là tạo ra từ trường mạnh
Video thí nghiệm chất siêu dẫn ở nhiệt đọ -196oC tạo ra từ trường mạnh hiệu ứng Meissner và nguyên lý Magnetic Levitation
Tàu siêu tốc chạy trên đệm từ (Magnetic levitation transport) là một loại phương tiện giao thông di chuyển trên các đệm từ trường, Tàu đệm từ được nâng lên, đẩy tới, hãm bởi các lực từ.
Cơ chế nâng tầu bằng lực từ
Cơ chế đẩy tàu đi bằng lực từ
Do chuyển động trên lớp đệm không khí sinh ra bởi từ trường đối nghịch nhau của các nam châm lắp đặt tại thân tàu và đường ray nên giảm thiểu tối đa ma sát khiến vận tốc của các tàu siêu tốc đệm từ có thể đạt tới vận tốc rất lớn.
(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 trên đoạn đường thử nghiệm ở tỉnh Yamanashi. Theo kế hoạch, tàu đệm từ thế hệ mới sẽ phục vụ nhu cầu đi lại của hành khách từ Tokyo tới thành phố Nagoya và ngược lại. Tuyến đường sẽ đi vào hoạt động trong năm 2027, giảm thời gian di chuyển từ 5 tiếng bằng ôtô xuống 40 phút nhờ tàu đệm từ.
video thử nghiệm tàu siêu tốc chạy trên đệm từ của Nhật Bản