Hiểu vật lý trong 60 giây - Bài 9 . Chất siêu dẫn

Hiểu vật lý trong 60 giây - Bài 9 . Chất siêu dẫn

Lời nói đầu .


Tạp chí Symmetry trình bày rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong Vật lý hiện đại với những ý tưởng , bài viết , công trình lý thuyết lẫn thực nghiệm của tập thể các nhà khoa học hàng đầu hiện nay trên thế giới . Chuyên mục " Hiểu biết Vật lý trong 60 giây " tổng hợp một số bài viết ngắn gọn , súc tích và đầy tính đột phá trong việc giải thích các cơ chế vật lý nhằm giúp người đọc dễ dàng tiếp cận những thông tin mới mẻ . Tác giả của những bài viết này hiện đang công tác tại các Trung tâm nghiên cứu , Viện Khoa học và các trường Đại học danh tiếng nên nguồn thông tin luôn được cập nhật thường xuyên .
 Xin trân trọng giới thiệu đến bạn đọc .




Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 05/05/2014.


 ------------------------------------------------------------------------------------------- 

Chất siêu dẫn 

Minh họa: Sandbox Studio



Chất siêu dẫn là vật liệu dẫn không có trở kháng với dòng điện. . Ở nhiệt độ rất thấp, ứng xử lượng tử của chúng cho phép các electron ghép với nhau một cách nào đó để tránh những trở ngại gây kháng bình thường trong chuyển động của chúng.
Các chất siêu dẫn đầu tiên được phát hiện vào năm 1911 khi Heike Kamerlingh Onnes làm mát bằng thủy ngân xuống tới 4 độ Kelvin (-452F, -269C), nhiệt độ của chất lỏng heli. Sau đó John Bardeen, Leon Cooper và John Schrieffer phát triển một lý thuyết về phương thức hoạt động của chất siêu dẫn. Được mệnh danh là "BCS Theory" lấy từ tên cuối cùng của các nhà khoa học, lý thuyết này mô tả tính chất siêu dẫn cho các nguyên tố và các hợp kim đơn giản ở nhiệt độ gần không độ tuyệt đối (0 Kelvin, -459.67F, -273.15C); Tuy nhiên, lý thuyết BCS không hoàn toàn giải thích được phương thức hoạt động của các chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn và chất liệu phức tạp hơn. Một lý thuyết tất cả bao gồm như vậy vẫn còn vượt quá tầm hiểu biết khoa học hiện đại và điều này là một trọng tâm chính của nhánh nghiên cứu vật lý hiện nay. Siêu dẫn sọc hoặc "Superstripes" đang dẫn đầu trong việc nghiên cứu tính chất siêu dẫn nhiệt độ cao.

Hình ảnh ảo giác trên là một bản tóm tắt đồ họa của một lý thuyết mô tả các chất siêu dẫn sọc.
Image courtesy of Florian Loder, University of Augsburg (2011)

Trong dây dẫn bình thường, dao động nhiệt và các tạp chất làm chệch hướng, hoặc phân tán, các electron . Quá trình này thải năng lượng bằng cách tạo ra nhiệt , ví dụ , trong cáp nhôm thép gia cố của đường dây truyền tải điện trong lưới điện. Ngay cả dây dẫn rất tốt như đồng nguyên chất cũng cản trở đáng kể dòng chảy của các electron , sinh ra  trở kháng và làm nóng dây.

Hệ thống truyền tải điện 

Thông thường, hai electron tích âm đẩy nhau. Nhưng trong chất siêu dẫn, các electron lại ứng xử khác nhau. Hai electron có thể tạo thành một cặp tạm thời khi một electron được hút vào lõi dương của một nguyên tử ngay khi một electron khác lại bị thu hút bởi các nguyên tử tương tự . Đáng ngạc nhiên là sự kết hợp này giúp loại bỏ những ảnh hưởng của sự tán xạ electron. Với việc xuất hiện hàng tỷ lần trong một giây, hiện tượng "cặp đôi" này làm cho sức đề kháng biến mất : do đó điện không ma sát!

Cáp siêu dẫn .

Là loại cáp ngầm làm bằng chất siêu dẫn, có tính mất trở kháng đối với dòng điện ở nhiệt độ thấp. Cáp siêu dẫn được làm bằng dây dẫn thế hệ thứ hai phủ đồng đồng dựa trên họ các chất siêu dẫn được phát hiện vào năm 1986 và hiện đang được lắp đặt cho lưới điện . Vì các chất siêu dẫn truyền điện mà không sinh nhiệt, chúng có thể mang điện với hiệu suất gấp nhiều lần so với dây cáp đồng thông thường với cùng một diện tích mặt cắt .

Cáp siêu dẫn (bên phải )  so với cáp đồng ( bên trái ) - Courtesy, American Superconductor Corporation

02 tháng 7 2008 - American Superconductor chính thức đưa vào hoạt động hệ thống cáp điện truyền tải nhiệt độ cao siêu dẫn đầu tiên trên thế giới được sử dụng trong một lưới điện thương mại. Chất siêu dẫn có thể cung cấp nhiều năng lượng một cách nhanh chóng, hiệu quả, và kín đáo. Việc truyền tải điện có hiệu suất gấp 150 lần điện của dây đồng có kích thước tương tự. Tuy nhiên, do khó khăn về công nghệ, sự phát triển thương mại của hệ thống siêu dẫn trong cáp điện đã bị khai triển khá chậm.


Chất siêu dẫn rất quan trọng trong khoa học, y học, và ngành công nghiệp. Dây siêu dẫn được sử dụng trong các nam châm cho máy gia tốc như Large Hadron Collider, và trong  máy chụp hình ảnh cộng hưởng từ (MRI) tại các bệnh viện. Các dây cáp siêu dẫn đầu tiên cho đường dây tải điện ngầm cũng đang được cài đặt tương đối phổ biến .








01/09/2005
Theo David Larbalestier, Applied Superconductivity Center and Department of Materials Science and Engineering, University of Wisconsin-Madison

 +++++++++++++++++++++++++++

Nguồn :
1. http://www.symmetrymagazine.org/article/september-2005/explain-it-in-60-seconds
2. http://www.physicscentral.com/explore/pictures/superconductors.cfm
3. http://www.newscientist.com/special/instant-expert-superconductors
4. http://spectrum.ieee.org/energy/the-smarter-grid/superconductors-enter-commercial-utility-service
5. http://cnx.org/contents/1741effd-9cda-4b2b-a91e-003e6f587263@43.2:44/Sustainability:_A_Comprehensiv



Trần hồng Cơ
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 25/11/2014 .



 ------------------------------------------------------------------------------------------- 

 Chúng ta phải biết và chúng ta sẽ biết . 

 David Hilbert .

CÁC CÔNG THỨC PHỔ THÔNG . Phần 6 .

CÁC CÔNG THỨC PHỔ THÔNG .

Phần 6 .


131. ĐỊNH LUẬT TẢN NHIỆT NEWTON .

132. TÍN HIỆU NGẪU NHIÊN VÀ HIỆU THẾ ỒN (RMS) .

 133. ĐỘ NHẠY TỪ .

Độ nhạy từ
Trong điện, tính nhạy cảm từ (Latin: susceptibilis "tiếp thu") là hằng số tỉ lệ không thứ nguyên chỉ ra mức độ từ hóa của một loại vật liệu đáp ứng với một từ trường ngoài.

134. TỐC ĐỘ PHAY VÀ ĐỊNH MỨC VẬT LIỆU .

Milling Speed and Feed Calculator

135. TỶ LỆ LƯU LƯỢNG KHỐI .

Nguồn :  http://www.engineersedge.com/fluid_flow/mass_flow_rate.htm

136. VẬN TỐC TRÔI .

Vận tốc trôi là vận tốc trung bình mà một hạt, chẳng hạn như electron, đạt được do tác động của một điện trường. Nó cũng có thể được gọi là vận tốc trôi hướng trục . Nói chung, một electron sẽ 'khua tròn' ngẫu nhiên trong một dây dẫn ở  vận tốc Fermi .

137. HẰNG SỐ TỶ LỆ K CỦA LÒ XO XOẮN .

138. TÍNH TOÁN SỐ LIỆU CỦA LÒ XO XOẮN .

Xem thêm   http://www.calculatoredge.com/mech/hspring.htm#index

139. ĐỘ DÃN THEO TRỤC CỦA LÒ XO XOẮN .

140. HỆ SỐ D-MŨ .

Hệ số D mũ là giả thiết về các thông số khoan để có được áp lực khi khoan vào trong vùng chịu áp lực .
Các hệ số D được sử dụng trong khai thác bùn và phân tích áp lực hình thành lỗ rỗng trong ngành công nghiệp dầu mỏ, là phép tính ngoại suy các thông số khoan nào đó để ước tính một gradient áp suất để đánh giá áp lực lỗ rỗng trong khi khoan. Thông thường điều này được thực hiện trong miền chịu áp lực . Nó được coi là một trong những công cụ tốt nhất để đánh giá áp lực lỗ rỗng.  Các thông số được sử dụng để tính toán các giá trị  D-mũ là: tốc độ khoan (ROP), tốc độ quay, trọng lượng mẫu , đường kính mẫu và trọng lượng bùn ; và đồ thị dựa vào độ khoan sâu .

141. ĐỘ UỐN KHẢ DĨ .

Xem thêm  http://www.sheetmetalguy.com/bend-calculator.htm

142. THẾ NĂNG HẤP DẪN .

Trong cơ học cổ điển , thế năng hấp dẫn tại một địa điểm bằng với công ( năng lượng được chuyển giao) trên mỗi khối lượng đơn vị - được thực hiện bởi lực hấp dẫn để di chuyển một đối tượng đến vị trí tham chiếu cố định . Nó tương tự với điện thế với khối lượng thay cho vai trò của điện tích . Vị trí tham chiếu, nơi thế năng bằng không, do quy ước là xa vô cùng từ mọi khối lượng khảo sát bất kỳ , sẽ có kết quả là một thế năng âm tại mọi khoảng cách hữu hạn .

Trong toán học thế năng hấp dẫn cũng được biết đến như là thế  Newton và là cơ sở trong việc nghiên cứu lý thuyết thế vị .

143. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA TẮT DẦN .

OVER-DAMPING

CRITICAL-DAMPING

UNDER-DAMPING

144. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CƯỠNG BỨC .

145. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA MỘT CHIỀU TRONG CƠ LƯỢNG TỬ .


Một số quỹ đạo của một dao động điều hòa theo định luật của Newton trong cơ học cổ điển (A-B), và theo các phương trình Schrödinger của cơ học lượng tử (C-H). Trong (A-B) , các hạt (đại diện là một quả bóng gắn liền với một lò xo ) dao động tới lui. Các đồ thị (C-H) , là một số nghiệm của phương trình Schrödinger được hiển thị, trong đó trục ngang là vị trí, và trục thẳng đứng là phần thực (màu xanh) hoặc một phần ảo (màu đỏ) của hàm sóng . Các đồ thị C, D, E, F, ( nhưng không gồm G, H ) là trạng thái năng lượng  riêng . H là một trạng thái thống nhất -một trạng thái lượng tử  xấp xỉ quỹ đạo cổ điển.

146. ĐỘ ỒN VÀ KHOẢNG CÁCH .

147. SỨC BỀN NGANG .

148. HIỆU ỨNG DOPPLER - TẦN SỐ HIỆU CHỈNH RADAR  .

149. TỐC ĐỘ MOTOR  .

150. ĐỘNG LƯỢNG .

---------------------------------------------------------------------------------------



Nguồn  http://engineering-students.com/

http://www.calculateme.com/index.htm

http://easycalculation.com/physics/classical-physics/classical-physics.php


Xem thêm

Các công thức phổ thông . Phần 1 .
Các công thức phổ thông . Phần 2 .
Các công thức phổ thông . Phần 3 .
Các công thức phổ thông . Phần 4 .
Các công thức phổ thông . Phần 5 .
Các công thức phổ thông . Phần 6 .



Trần hồng Cơ 
Biên soạn - Trích lược .
Ngày 22/11/2014 .





-------------------------------------------------------------------------------------------

 Chúng ta phải biết và chúng ta sẽ biết . David Hilbert .