Nam châm siêu dẫn là gì? Ứng dụng “tuyệt vời” ít ai biết đến!

Siêu dẫn là một hiệu ứng được tạo ra trong vật lý nó xảy ra khi một vật liệu ở mức từ trường đủ nhỏ và nhiệt độ đủ thấp. Áp dụng những đặc tính vật lý đấy các nhà khoa học đã phát minh ra nam châm siêu dẫn đây là một trong những phát minh vĩ đại của con người. Nhờ nó mà chúng ta có thể tạo ra những ứng dụng tuyệt vời trong đời sống cũng như sản xuất. Vậy nam châm siêu dẫn thực ra là gì? Hãy cùng Vuanamcham tìm hiểu ngay qua bài viết dưới đây.

CHẤT SIÊU DẪN LÀ GÌ?

Để hiểu được nam châm siêu dẫn là gì, ta phải hiểu được nội dung về chất siêu dẫn.

Năm 1991, lần đầu tiên các nhà khoa học phát hiện ra vật chất dẫn điện có tính năng hoàn toàn không có điện trở và gọi đó là chất siêu dẫn. Có thể định nghĩa: “Chất siêu dẫn là những chất tồn tại ở nhiệt độ cực thấp, khi dòng điện chạy qua không có kháng trở” – Theo TCCN, Khoa học – Công nghệ – Môi trường.

Qua quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã tìm ra những đặc tính cơ bản của chất siêu dẫn. Đó là:

• Đặc tính thứ nhất: Nếu truyền một dòng điện vào một mạch làm bằng chất siêu dẫn thì dòng điện sẽ chạy trong đó mãi không suy giảm, vì chúng không gặp trở kháng nào trên đường đi.
• Đặc tính thứ hai: Những chất siêu dẫn ở nhiệt độ thấp có thể tạo ra từ trường rất mạnh.

Chính với đặc tính thứ hai trên của chất siêu dẫn mà con người đã ứng dụng và tạo ra loại nam châm mạnh nhất  mà chúng ta đang tìm hiểu.

NAM CHÂM SIÊU DẪN LÀ GÌ?

Nam châm siêu dẫn là một loại nam châm điện cực mạnh dùng chất siêu dẫn. Nó có thể tạo ra lực từ trường rất mạnh mà hiện nay người ta đã ứng dụng để nhấc bổng cả con tàu điện.

Về cấu tạo của loại nam châm này: Đó là loại nam châm mà sợi dây điện quấn quanh lõi nam châm làm bằng chất siêu dẫn.

Hiện nay nam châm làm bằng chất siêu dẫn chủ yếu là nam châm đất hiếm. Bởi một trong những ứng dụng quan trọng của đất hiếm là dùng làm vật siêu dẫn. Nam châm đất hiếm hiện vẫn đang là loại nam châm vĩnh cửu mạnh nhất. Loại nam châm này đang được bán trên thị trường và được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp

Nếu như nam châm đất hiếm là loại nam châm vĩnh cửu mạnh nhất thì nam châm siêu dẫn là loại nam châm cực mạnh mà không có loại nam châm vĩnh cửu nào mạnh bằng. Như vậy, chỉ với việc cấu tạo thêm sợi dây điện quấn quanh lõi nam châm đất hiếm, nó đã tạo thành loại nam châm với độ mạnh tăng lên rất nhiều.

Nam châm siêu dẫn mạnh nhất thế giới

Có một lưu ý với nam châm này: Do chất siêu dẫn chỉ hoạt động tốt khi ở nhiệt độ thấp. Vì vậy để siêu nam châm tạo ra từ trường mạnh thì cũng phải để nó trong môi trường nhiệt độ thấp.

>>Xem thêm : Nhiệt độ hoạt động tốt nhất của nam châm Neodymium là bao nhiêu

ỨNG DỤNG KỲ DIỆU CỦA SIÊU NAM CHÂM

Nam châm siêu dẫn được ứng dụng tạo ra những thành tựu kỳ diệu trên thế giới.

• Người Nhật, người Đức đã thiết kế ra các đoàn tàu chạy trên đệm từ. Cụ thể, người Nhật đã thử nghiệm thành công với 3 – 4 công nghệ tàu chạy đệm từ khác nhau gọi là Maglev. Người Đức chế tạo ra tàu Transrapid chạy trên đệm từ.

• Tạo ra máy gia tốc mạnh để nghiên cứu đặc tính gốc của nguyên tử. Người ta dùng những nam châm cực mạnh bẻ cong các chùm hạt, làm cho chúng chạy thành đường tròn để va đập vào nhau. Qua đó nghiên cứu mảnh sinh ra của các va đập đó, người ta gọi là siêu va đập siêu dẫn. Từ những nguyên tắc này, nhà khoa học Mỹ đã xây dựng một máy gia tốc cực mạnh trong đường hầm dài 88km ở bang Texas để nghiên cứu các hạt cơ bản của vật chất.

Ngoài những thành tựu nổi trội trên chứng còn được ứng dụng rộng vào trong đời sống hiện nay. Sau đây là một số áp dụng chính của nam châm siêu mạnh này:

• Động cơ điện: Đây là công cụ biến năng lượng điện thành năng lượng cơ khí. Ở giữa động cơ điện là một cục nam châm. Theo nguyên tắc điện tử, khi một dòng điện chạy trong cuộn dây điện quấn vòng ngoài thì sẽ làm phần ở giữa quay và tạo ra năng lượng cơ.
• Tàu điện cao tốc: Nam châm siêu mạnh này được sử dụng trong hệ thống tài điện cao tốc maglev. Trong hệ thống tàu điện này, các nam châm siêu dẫn được sử dụng để nâng tàu lên và đẩy tàu đi. Điều này giúp tàu không chạm đất nên đi rất nhanh và êm. Kỷ lục tàu điện chạy nhanh nhất chính là loại tàu maglev này với vận tốc cao nhất 603km/h.
• Máy tính: Nhiều máy tính hiện nay dùng thiết bị ổ đĩa cứng để lưu trữ. Trên mặt thiết bị này là một lớp có chứa hàng tỷ nam châm nhỏ xíu. Một đầu điện từ trong đó có chứa một siêu nam châm NIB được dùng để ghi dữ kiện vào ổ HD bằng cách thay đổi cực của nam châm trên mặt.
• Máy MRI: Nam châm siêu dẫn được ứng dụng để tạo ra các máy quét MRI dùng trong y học để khám các mô trong cơ thể. Máy MRI phát ra một từ trường rất mạnh với sóng radio để tạo hình ảnh những phần sâu trong cơ thể mà không thể quan sát được bằng mắt thường. Để tạo ra một từ trường mạnh thì các máy MRI thường dùng siêu nam châm

NAM CHÂM SIÊU DẪN LỚN NHẤT THẾ GIỚI

Theo một nghiên cứu mới được đăng tải trên Nature, ta đã có nam châm mạnh nhất thế giới: các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Từ trường Mạnh Quốc gia tại Florida tạo ra nam châm siêu dẫn, sử dụng dòng điện để tạo ra từ trường.

Sức mạnh của từ trường đạt mốc 45,5 tesla, phá vỡ kỷ lục 45 tesla được lập ra trước đó. Ta có thể khẳng định đây là nam châm có sức hút lớn nhất thế giới.

Loại nam châm duy nhất có sức hút mạnh hơn là nam chân xung điện – pulse magnet. Tuy nhiên, trong khi loại nam châm xung điện chỉ tạo ra từ trường mạnh trong một khoảng thời gian rất ngắn, nam châm mới có khả năng duy trì từ trường, miễn là có dòng điện chạy qua lõi dây.

Nam châm siêu dẫn này được đặt tên là “little big coil”, cuộn nam châm có từ trường mạnh nhờ dòng điện chạy qua một lõi dây được làm bằng từ REBCO, viết tắt cho đất hiếm bari đồng oxide – rare earth barium copper oxide.

Rõ ràng, với phát kiến mới, thay vì phải thực hiện một quá trình phức tạp là thay đổi nhiệt độ của chính vật liệu để biến đổi tính chất của chúng, các nhà khoa học chỉ cần điều khiển các tia sáng mà thôi. Một quá trình đơn giản, một thay đổi nhỏ, nhưng có thể gây ra tác động lớn lên vật liệu. “Đó là một phản ứng mạnh với một lượng nhỏ ánh sáng”, giáo sư Dagan phát biểu.

Video về hiện tượng bay lên của nam châm nhờ hiệu ứng Meissner trong chất siêu dẫn, tàu cao tốc đệm từ hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng này:

https://vuanamcham.vn/wp-content/uploads/2020/06/hien-tuong-bay-len-cua-nam-cham-sieu-dan-lon-nhat-the-gioi.mp4

VẬT LIỆU TẠO NÊN NAM CHÂM SIÊU DẪN LỚN NHẤT THẾ GIỚI

Vật liệu tạo nên nam châm mới cũng khác trước. Theo nghiên cứu, nam châm lập kỷ lục sức mạnh chứa 12 cuộn dây mỏng dẹt hình đĩa (pancake coil) và được cuốn một lớp băng siêu dẫn đồng oxide cực mỏng. Tới khoảng thời gian gần đây, ta mới có công nghệ để chế tạo được lớp phủ mỏng đến vậy, và chính nhờ nó, nam châm mới có thể tạo ra từ trường mạnh tới 60 tesla mà không bị hư hại nhiều.

Hệ thống nam châm mới chưa đủ an toàn để có mặt tại mọi phòng thí nghiệm. Chúng vẫn bị ảnh hưởng đôi chút từ sức mạnh từ trường lên tới 45,5 tesla; vẫn cần theo dõi sát sao việc vận hành nam châm để tránh xảy ra trường hợp không may.

ỨNG DỤNG CỦA NAM CHÂM SIÊU DẪN LỚN NHẤT THẾ GIỚI

Nam châm siêu dẫn có rất nhiều ứng dụng:

Giả dụ như làm đệm từ trường (cho phép tàu siêu tốc lơ lửng được trên đường ray), cộng hưởng từ trường hạt nhân hay thậm chí, cách đây không lâu, Trung Quốc tuyên bố sở hữu công nghệ tàu ngầm từ trường có khả năng “tàng hình”. Trong buổi phỏng vấn với Motherboard, giáo sư Larbalestier giải thích từ trường có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng, các trường năng lượng lớn có khả năng xác định được cấu trúc của các nguyên tử phức tạp.

Trên đây là những lý thuyết khoa học thú vị về nam châm siêu dẫn. Cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết của chúng tôi.

Xem thêm:

• Nam châm vĩnh cửu là gì? Ứng dụng bất ngờ của nam châm vĩnh cửu
• Mách bạn địa chỉ mua nam châm uy tín giá tốt nhất Hà Nội

VUA NAM CHÂM CHUYÊN SẢN XUẤT KINH DOANH NAM CHÂM CÁC LOẠI
ĐỊA CHỈ : Số 36 ngõ 158/51 đường Ngọc hà, phường Ngọc Hà, Đội Cấn, Hà Nội
EMAIL: [email protected]
HOTLINE: 02462.949.868 – TELL 0972288368 – Mr Chung

Website: Vuanamcham.vn

5/5 – (2 bình chọn)