Hiện tượng siêu dẫn là gì

Hiện tượng siêu dẫn là gì

Lời giải:

    - "Siêu dẫn" là "hiệu ứng vật lý xảy ra đối với một số vật liệu ở nhiệt độ đủ thấp và từ trường đủ nhỏ, đặc trưng bởi điện trở bằng 0 dẫn đến sự suy giảm nội từ trường (hiệu ứng Meissner)". Siêu dẫn là một hiện tượng lượng tử. Trạng thái vật chất này không nên nhầm với mô hình lý tưởng dẫn điện hoàn hảo trong vật lý cổ điển, ví dụ từ thủy động lực học.

    - Trong chất siêu dẫn thông thường, sự siêu dẫn được tạo ra bằng cách tạo một lực hút giữa một số electron truyền dẫn nào đó nảy sinh từ việc trao đổi phonon, làm cho các electron dẫn trong chất siêu dẫn biểu hiện pha siêu lỏng tạo ra từ cặp electron tương quan.

    - Ngoài ra còn tồn tại một lớp các vật chất, biết đến như là các chất siêu dẫn khác thường, phô bày tính chất siêu dẫn những tính chất vật lý trái ngược lý thuyết của chất siêu dẫn đơn thuần. Đặc biệt, có chất siêu dẫn nhiệt độ cao có tính siêu dẫn tại nhiệt độ cao hơn lý thuyết thường biết (nhưng hiện vẫn thấp hơn nhiều so với nhiệt độ trong phòng).

    - Từ trường bên trong vật dẫn điện hoàn hảo và vật siêu dẫn dưới tác động của môi trường ngoài ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ thấp (nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ Curie). Từ trường bị đẩy ra khỏi vật siêu dẫn ở nhiệt độ thấp không phụ thuộc vào trạng thái ban đầu của vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Trạng thái của vật siêu dẫn ở nhiệt độ thấp là trạng thái không thuận nghịch.

    - Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần 0oK điện trở của kim loại sạch đều rất bé.

    - Một số kim loại và hợp kim, khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0. Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn.

- Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn:

     + Các cuộn dây siêu dẫn được dùng để tạo ra các từ trường rất mạnh.

     + Dự kiến dùng dây siêu dẫn để tải điện và tổn hao năng lượng trên đường dây không còn nữa.

Cùng Top lời giải tìm hiểu về thêm kiến thức lý thuyết về dòng điện trong kim loại nhé

1. Bản chất của dòng điện trong kim loại

Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại:

    - Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hóa trị trở thành các ion dương.

    + Các ion dương liên kết với nhau một cách có trật tự tạo thành mạng tinh thể kim loại.

    + Các ion dương dao động nhiệt xung quanh nút mạng.

    - Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử thành các electron tự do với mật độ n không đổi. Chúng chuyển động hỗn loạn tạo thành khí electron tự do.

    - Điện trường E→ do nguồn điện ngoài sinh ra đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường, tạo ra dòng điện.

    - Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của electron tự do, là nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại.

    - Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẫn điện rất tốt.

⇒ Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường.

2. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ

    Điện trở suất ρ của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất: ρ = ρ0[1 + α(t - t0)]

Trong đó:

    + ρ0 là điện trở suất ở nhiệt độ t0oC (thường ở 20oC)

    + ρ là điện trở suất ở nhiệt độ toC

    + α là hệ số nhiệt điện trở (K-1)

    Hệ số nhiệt điện trở không những phụ thuộc vào nhiệt độ mà vào cả độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó.

3. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn

    - Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần 0oK điện trở của kim loại sạch đều rất bé.

    - Một số kim loại và hợp kim, khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0. Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn.

- Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn:

     + Các cuộn dây siêu dẫn được dùng để tạo ra các từ trường rất mạnh.

     + Dự kiến dùng dây siêu dẫn để tải điện và tổn hao năng lượng trên đường dây không còn nữa.

4. Hiện tượng nhiệt điện

    - Nếu lấy hai dây kim loại khác nhau và hàn hai đầu với nhau, một mối hàn giữ ở nhiệt độ cao, một mối hàn giữ ở nhiệt độ thấp thì hiệu điện thế giữa đầu nóng và đầu lạnh của từng dây không giống nhau, trong mạch có một suất điện động E. E gọi là suất điện động nhiệt điện và bộ hai dây dẫn hàn hai đầu vào nhau gọi là cặp nhiệt điện.

- Suất điện động nhiệt điện:

E = αT(T1 - T2)

Trong đó:

    + T1 là nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ cao hơn (K)

    + T2 là nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ thấp hơn (K)

    + αT là hệ số nhiệt điện động (V/K)

    - Cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để đo nhiệt độ.