Chất siêu dẫn là gì: Loại, Vật liệu & Thuộc tính

Có hai loại vật liệu như kim loại cũng như chất cách điện. Kim loại cho phép dòng electron và mang theo điện tích như bạc, đồng, v.v., trong khi chất cách điện giữ electron và chúng sẽ không cho phép dòng electron như gỗ, cao su, v.v. Trong thế kỷ 20, các phương pháp phòng thí nghiệm mới đã được phát triển bởi các nhà vật lý để làm nguội vật liệu đến nhiệt độ bằng không. Ông bắt đầu điều tra một số yếu tố để biết cách điện lực sẽ bị thay đổi trong các điều kiện như chì và thủy ngân, vì chúng dẫn điện ở nhiệt độ nhất định mà không có điện trở. Họ đã phát hiện ra hành vi tương tự trong một số hợp chất như từ gốm sứ đến ống nano cacbon. Bài viết này thảo luận tổng quan về chất siêu dẫn.

Superconductor là gì?

Định nghĩa: Một vật liệu có thể dẫn điện mà không có điện trở được gọi là chất siêu dẫn. Trong hầu hết các trường hợp, trong một số vật liệu như các hợp chất khác, các nguyên tố kim loại cung cấp một số điện trở ở nhiệt độ phòng, mặc dù chúng cung cấp điện trở thấp ở nhiệt độ được gọi là nhiệt độ tới hạn của nó.

chất siêu dẫn

Dòng electron từ nguyên tử này sang nguyên tử khác thường được thực hiện bằng cách sử dụng một số vật liệu nhất định sau khi đạt đến nhiệt độ tới hạn, do đó vật liệu có thể được gọi là vật liệu siêu dẫn. Chúng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như chụp cộng hưởng từ và khoa học y tế. Hầu hết các vật liệu có sẵn trên thị trường không phải là siêu dẫn. Vì vậy chúng phải ở trạng thái năng lượng rất thấp mới có thể chuyển thành siêu dẫn. Nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc phát triển các hợp chất để phát triển thành siêu dẫn ở nhiệt độ cao.

Các loại chất siêu dẫn

Chất siêu dẫn được phân thành hai loại là loại I và loại II.

các loại chất siêu dẫn

Chất siêu dẫn loại I

Loại chất siêu dẫn này bao gồm các bộ phận dẫn điện cơ bản và chúng được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau từ hệ thống cáp điện đến vi mạch trên máy tính. Các loại chất siêu dẫn này mất tính siêu dẫn rất đơn giản khi nó được đặt trong từ trường ở từ trường tới hạn (Hc). Sau đó, nó sẽ trở thành chất dẫn điện. Những loại chất bán dẫn cũng được đặt tên là chất siêu dẫn mềm do lý do mất tính siêu dẫn. Các chất siêu dẫn này hoàn toàn tuân theo hiệu ứng Meissner. Các ví dụ về chất siêu dẫn là Kẽm và Nhôm.

Chất siêu dẫn loại II

Loại chất siêu dẫn này sẽ mất tính siêu dẫn từ từ chứ không đơn giản như nó được sắp xếp trong từ trường bên ngoài. Khi chúng ta quan sát sự biểu diễn đồ họa giữa từ hóa và từ trường, khi chất bán dẫn loại thứ hai được đặt trong một từ trường, thì nó sẽ mất tính siêu dẫn từ từ.

Loại chất bán dẫn này sẽ bắt đầu mất tính siêu dẫn trong từ trường ít quan trọng hơn và giảm hoàn toàn tính siêu dẫn của chúng ở từ trường tới hạn cao hơn. Điều kiện giữa từ trường tới hạn nhẹ và từ trường tới hạn cao hơn được gọi là trạng thái trung gian, nếu không thì trạng thái xoáy.

Loại chất bán dẫn này còn được đặt tên là chất siêu dẫn cứng do nguyên nhân chúng mất tính siêu dẫn từ từ chứ không đơn giản. Các chất bán dẫn này sẽ tuân theo tác dụng của Meissner nhưng không hoàn toàn. Ví dụ tốt nhất trong số này là NbN và Babi3. Những chất siêu dẫn này có thể áp dụng cho nam châm siêu dẫn trường mạnh.

Vật liệu siêu dẫn

Chúng tôi biết rằng có rất nhiều vật liệu có sẵn trong đó một số vật liệu sẽ siêu dẫn. Không bao gồm thủy ngân, các chất siêu dẫn ban đầu là kim loại, chất bán dẫn, v.v. Mỗi vật liệu khác nhau sẽ biến thành chất siêu dẫn ở nhiệt độ khác nhau một chút

Vấn đề chính của việc sử dụng hầu hết các vật liệu này là chúng sẽ siêu dẫn ở một vài độ không hoàn toàn. Điều này có nghĩa là bất kỳ lợi ích nào bạn đạt được từ việc thiếu sức đề kháng mà bạn gần như chắc chắn mất đi bao gồm cả việc hạ nhiệt chúng ở vị trí chính.

Nhà máy điện cung cấp điện cho ngôi nhà của bạn ở hướng xuống thì các dây siêu dẫn sẽ nhiễu rất lớn. Vì vậy, nó sẽ tiết kiệm một lượng lớn năng lượng cạn kiệt. Tuy nhiên, nếu bạn muốn làm mát các bộ phận khổng lồ & tất cả các dây truyền tải trong nhà máy về không, có thể bạn sẽ lãng phí nhiều năng lượng hơn.

Thuộc tính của chất siêu dẫn

Các vật liệu siêu dẫn cho thấy một số đặc tính tuyệt vời cần thiết cho công nghệ hiện nay. Nghiên cứu về các thuộc tính này vẫn đang tiếp tục để nhận ra và sử dụng các thuộc tính này trong các lĩnh vực khác nhau được liệt kê dưới đây.

• Độ dẫn điện vô hạn / Điện trở bằng không
• Hiệu ứng Meissner
• Nhiệt độ chuyển đổi / Nhiệt độ tới hạn
• Josephson Dòng tin
• Dòng quan trọng
• Dòng liên tục

Độ dẫn điện vô hạn / Điện trở bằng không

Trong điều kiện siêu dẫn, vật liệu siêu dẫn minh họa điện trở bằng không. Khi vật liệu được làm lạnh dưới nhiệt độ chuyển đổi của nó, thì điện trở của nó sẽ giảm đột ngột về 0. Ví dụ, sao Thủy cho thấy lực cản không dưới 4k.

Hiệu ứng Meissner

Khi một chất siêu dẫn được làm lạnh dưới nhiệt độ tới hạn, thì nó sẽ không cho phép từ trường đi qua nó. Sự xuất hiện này trong chất siêu dẫn được gọi là hiệu ứng Meissner.

Nhiệt độ chuyển đổi

Nhiệt độ này còn được gọi là nhiệt độ tới hạn. Khi nhiệt độ tới hạn của vật liệu siêu dẫn thay đổi trạng thái dẫn từ bình thường sang siêu dẫn.

Josephson hiện tại

Nếu hai chất siêu dẫn được phân chia với sự trợ giúp của màng mỏng trong vật liệu cách điện, thì nó tạo thành một đường giao nhau có điện trở thấp để tìm thấy các electron với cặp đồng. Nó có thể đào đường hầm từ bề mặt này của đường giao nhau sang bề mặt khác. Vì vậy, dòng điện do dòng của các cặp cooper được gọi là Dòng điện Josephson.

Dòng quan trọng

Khi dòng điện cung cấp qua người lái xe trong điều kiện siêu dẫn, sau đó một từ trường có thể được phát triển. Nếu dòng điện tăng vượt quá một tốc độ nhất định thì từ trường có thể được tăng cường, tương đương với giá trị tới hạn của dây dẫn mà tại đó từ trường trở về điều kiện bình thường của nó. Dòng của giá trị hiện tại được gọi là dòng tới hạn.

Dòng liên tục

Nếu một vòng siêu dẫn được bố trí trong từ trường trên nhiệt độ tới hạn của nó, thì hiện tại sẽ làm nguội vòng siêu dẫn dưới nhiệt độ tới hạn của nó. Nếu chúng ta loại bỏ trường này, thì dòng điện có thể được tạo ra trong vòng vì hiện tượng tự cảm của nó. Theo định luật Lenz, dòng điện cảm ứng chống lại sự thay đổi trong từ thông chạy qua vòng. Khi đặt vòng dây trong điều kiện siêu dẫn thì dòng điện sẽ cảm ứng tiếp tục dòng điện được đặt tên là dòng điện bền. Dòng điện này sinh ra từ thông làm cho từ thông chạy trong vòng không đổi.

Sự khác biệt giữa chất bán dẫn và chất siêu dẫn

Sự khác biệt giữa chất bán dẫn và chất siêu dẫn được thảo luận dưới đây.

Các ứng dụng của Super Conductor

Các ứng dụng của chất siêu dẫn bao gồm những điều sau đây.

• Chúng được sử dụng trong máy phát điện, máy gia tốc hạt, vận chuyển, xe máy điện , máy tính, y tế, truyền tải điện , Vân vân.
• Chất siêu dẫn chủ yếu được sử dụng để tạo ra nam châm điện mạnh trong máy quét MRI. Vì vậy, chúng được sử dụng để phân chia. Chúng cũng có thể được sử dụng để tách các vật liệu từ tính và không từ tính
• Dây dẫn này được sử dụng để truyền tải điện năng trong khoảng cách xa
• Được sử dụng trong bộ nhớ hoặc các phần tử lưu trữ.

Câu hỏi thường gặp

1). Tại sao chất siêu dẫn phải lạnh?

Sự trao đổi năng lượng sẽ làm cho vật liệu nóng hơn. Vì vậy, bằng cách làm cho chất bán dẫn lạnh đi, cần có một lượng năng lượng nhỏ hơn để đánh bật các electron.

2). Vàng có phải là chất siêu dẫn không?

Các chất dẫn điện tốt nhất ở nhiệt độ phòng là vàng, đồng và bạc hoàn toàn không chuyển thành siêu dẫn.

3). Có thể sử dụng chất siêu dẫn nhiệt độ phòng không?

Một chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng có khả năng hiển thị siêu dẫn ở nhiệt độ khoảng 77 độ F

4). Tại sao không có điện trở trong chất siêu dẫn?

Trong chất siêu dẫn, điện trở bất ngờ giảm xuống 0 do dao động & lỗ hổng của các nguyên tử phải gây ra lực cản bên trong vật liệu khi các electron di chuyển qua nó

5). Tại sao một chất siêu dẫn lại là một Diamagnet hoàn hảo?

Khi vật liệu siêu dẫn được giữ trong một từ trường, thì nó sẽ đẩy từ thông ra khỏi cơ thể của nó. Khi được làm lạnh dưới nhiệt độ tới hạn thì nó cho thấy độ từ tính lý tưởng.

Vì vậy, đây là tất cả về một cái nhìn tổng quan về chất siêu dẫn. Một chất siêu dẫn có thể dẫn điện nếu không thì chuyển các electron từ nguyên tử này sang nguyên tử khác mà không có điện trở. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, những ví dụ về chất siêu dẫn là gì?
.