Ngày nay, tin tức sẽ không còn lâu nữa nếu không có một loại thông báo nào đó về chất siêu dẫn. Thật không may, chúng có nhiều loại: vật liệu yêu cầu nhiệt độ ấm hơn các vật liệu trước đây nhưng vẫn yêu cầu làm mát bằng đông lạnh, vật liệu đòi hỏi áp suất rất cao hoặc vật liệu, khi xem xét kỹ hơn, không thực sự là chất siêu dẫn. Nhưng rõ ràng chén thánh là vật liệu siêu dẫn hoạt động ở nhiệt độ hợp lý trong nhiệt độ môi trường. Hầu hết mọi người gọi đó là chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng, nhưng thực tế là bạn thực sự muốn có một “chất siêu dẫn áp suất và nhiệt độ thông thường”, nhưng điều đó thật khó tin.

Trong hầm trú ẩn Hackaday, chúng tôi đang bàn luận xem sẽ làm gì khi có ngày có ai đó đóng đinh nó. Không phải là chúng ta có một loạt dự án chưa hoàn thành mà chúng ta cần chất siêu dẫn để hoàn thành. Ngoài việc làm cho nam châm nổi dễ dàng hơn, chúng ta sẽ làm gì với chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng?

Khái niệm cơ bản

Chúng ta vẽ sơ đồ như thể dây không có điện trở. Nhưng trong cuộc sống thực, điều đó không đúng. Các electron chạy qua dây dẫn sẽ gây ra tổn hao nào đó. Tuy nhiên, vào năm 1911, nhà vật lý người Hà Lan, Heike Kamerlingh Onnes, đã đi tiên phong trong nghiên cứu nhiệt độ thấp. Vào thời điểm đó, trí tuệ thông thường đã quan sát thấy rằng khi giảm nhiệt độ của kim loại thì điện trở sẽ giảm, có khả năng là ở độ không tuyệt đối, các electron sẽ bất động và do đó, không có dòng điện nào chạy ở nhiệt độ đó. Onnes lại nhận xét hoàn toàn ngược lại. Bắt đầu với thủy ngân, ông quan sát thấy ở nhiệt độ 4.2 K, rất gần không độ tuyệt đối, điện trở suất của vật liệu đột ngột giảm xuống bằng không.

Tất nhiên, việc lấy được vật liệu ở mức gần 4.2 K là một vấn đề lớn. Ví dụ, nitơ lỏng - thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm khi bạn muốn thứ gì đó lạnh - sôi ở 77 K. Ngay cả khi đó, làm mát mọi thứ bằng nitơ lỏng không thực tế cho hầu hết các ứng dụng. Tuy nhiên, có một số vật liệu gốm thể hiện tính siêu dẫn trên 90 K nên ngày nay có thể sử dụng chất siêu dẫn nếu bạn sẵn sàng làm mát bằng thứ gì đó như nitơ lỏng.

Chất siêu dẫn không gây tổn thất điện nên dòng điện có thể truyền mãi mãi trong một vòng vật liệu siêu dẫn. Các thí nghiệm đã quan sát thấy các dòng điện di chuyển theo một vòng trong gần ba thập kỷ mà không có tổn hao nào có thể đo được, và các lý thuyết dự đoán các dòng điện sẽ duy trì ít nhất 100,000 năm nếu không muốn nói là hơn tuổi thọ của vũ trụ.

Vật lý đằng sau tất cả đều có lông. Trong các dây dẫn bình thường, các electron chạy qua mạng ion. Một số electron va chạm với các ion, chuyển một phần năng lượng của chúng thành nhiệt. Trong chất siêu dẫn, các electron liên kết thành cặp yếu gọi là cặp Cooper. Các cặp tạo thành một loại chất siêu lỏng có thể chảy mà không tiêu tán năng lượng. Bạn có thể xem giải thích chi tiết hơn trong video bên dưới.

[Nhúng nội dung]

Một điều quan trọng cần rút ra về tính siêu dẫn là nó biến mất trên mức dòng điện và từ trường nhất định. Vì vậy, ngoài việc mô tả đặc tính của chất siêu dẫn bằng nhiệt độ và áp suất tới hạn của chúng, điều quan trọng là phải biết mật độ dòng điện tới hạn và cường độ từ trường tới hạn.

Trường hợp rõ ràng

Ngày nay có một số nơi sử dụng chất siêu dẫn: SQUID (thiết bị giao thoa lượng tử siêu dẫn) là những từ kế rất nhạy sử dụng các mối nối Josephson, chất siêu dẫn có thành phần cách điện mỏng. Đây là những điều phổ biến trong phòng thí nghiệm, máy MRI và máy tính lượng tử. Có thể sử dụng chúng để xác định vị trí tàu ngầm. Chúng không cần phải truyền dòng điện lớn và không chịu tác động của từ trường mạnh. Có lẽ, nếu bạn có chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng, bạn có thể tạo các mối nối Josephson với chúng và tất cả các thiết bị này sẽ trở nên rẻ hơn và dễ vận hành hơn.

Một nơi khác mà chúng ta thấy chất siêu dẫn đã có trong nam châm điện cho những thứ như MRI, máy gia tốc hạt, tàu bay và lò phản ứng nhiệt hạch. Đây là những ứng dụng yêu cầu dòng điện cao hoặc chịu từ trường mạnh. Ngày nay, những ứng dụng này đều yêu cầu nitơ lỏng hoặc helium lỏng. Nếu các chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng trong tương lai cũng có mật độ dòng tới hạn cao, thì bạn có thể chế tạo những nam châm điện rất mạnh với giá rẻ.

Chắc chắn, những nơi mà chúng ta sử dụng chất siêu dẫn lạnh ngày nay sẽ trở nên tốt hơn. Tuy nhiên, cũng có một số ứng dụng mới mà bạn có thể thực hiện ngày nay nhưng chi phí làm mát quá cao. Tất nhiên, một số sẽ phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu ma thuật chưa biết. Ví dụ, bạn thường nghe người ta nói rằng đường dây truyền tải điện có thể là chất siêu dẫn. Điều đó đúng, nhưng chỉ khi chúng có thông số từ trường tới hạn cao, vì nếu không thì chúng không thực sự hoạt động đối với dòng điện xoay chiều. Mặt khác, chúng tôi sử dụng AC một phần như một biện pháp phòng ngừa tổn thất, vì vậy nếu bạn sẵn sàng thay đổi toàn bộ hệ thống, bạn có thể sử dụng cáp siêu dẫn để truyền điện áp DC thấp hơn đi khoảng cách xa, nhưng khi đó bạn đang dựa vào mức tới hạn cao. mật độ hiện tại.

Điện tử

Chúng tôi không hoàn toàn chắc chắn chất siêu dẫn sẽ làm gì cho thiết bị điện tử tiêu dùng. Nam châm tốt hơn có thể có nghĩa là động cơ tốt hơn, vì vậy có thể máy khoan điện của bạn sẽ nhẹ hơn và mạnh hơn. Điện trở thấp hơn trong các bộ phận có thể đồng nghĩa với việc mất nhiệt ít hơn và tuổi thọ pin cao hơn. Bạn thường nghe nói rằng chất siêu dẫn sẽ giúp điện thoại có thời gian sạc kéo dài hàng tuần. Có thể, nhưng dự đoán của chúng tôi không phải ngay lập tức. Chúng tôi nghi ngờ rằng việc mất kết nối thực sự là nguyên nhân làm hao pin điện thoại của bạn. Tuy nhiên, đúng là các thành phần hoạt động kém hiệu quả hơn có thể giúp kéo dài tuổi thọ pin hơn. Nó cũng có thể cho phép sạc nhanh hơn. Xét cho cùng, sạc GaN hiệu quả hơn vì nó tạo ra ít nhiệt hơn so với các thiết bị điện tử thông thường. Bộ sạc siêu dẫn sẽ còn nhanh hơn nữa.

Nói chung, bạn có thể mong đợi các thiết bị điện tử siêu dẫn ấm có thể xử lý nhiều dòng điện hơn trong không gian nhỏ hơn. Có một số người cho rằng chúng cũng có thể nhanh hơn. Các điểm nối Eary Josephson (phải thừa nhận là trong helium lỏng) nhanh hơn nhiều so với các bóng bán dẫn thông thường được sử dụng vào thời điểm đó. Tất nhiên, bóng bán dẫn ngày nay tốt hơn, nhưng có lẽ việc sử dụng rộng rãi các mối nối siêu dẫn cũng sẽ mang lại những cải tiến.

Bạn sẽ làm gì?

Tuy nhiên, sự thật là vì chúng ta không biết các đặc tính của chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng nên chúng ta không biết nó có thể mang lại những gì hoặc không thể mang lại điều gì. Có thể bạn sẽ không có điện thoại di động siêu dẫn vì nó sẽ tự thiết lập lại bất cứ khi nào bạn gặp phải từ trường. Đơn giản là chúng tôi không biết.

Tuy nhiên, chúng tôi muốn hỏi. Nếu bạn có thể mở trình duyệt web và đặt hàng các bộ phận siêu dẫn ngay bây giờ, bạn sẽ làm gì với chúng? Bạn có muốn dây không? Cuộn dây? Chuyển đổi thiết bị? Và tại sao? Cho chúng tôi biết trong các ý kiến ​​dưới đây.

Nếu bạn có khả năng sử dụng nitơ lỏng, có thể bạn đã sử dụng vật liệu siêu dẫn. Nếu vậy, hãy cho chúng tôi biết điều đó, cũng vậy. Hoặc có lẽ bạn đang làm việc trên chế tạo vật liệu tiếp theo có khả năng siêu dẫn ở nhiệt độ phòng.

Hình ảnh nổi bật: Tám nam châm siêu dẫn hình xuyến ở trung tâm của LHC, tín dụng: CERN.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://hackaday.com/2024/02/26/ask-hackaday-what-if-you-did-have-a-room-temperature-superconductor/