超导磁浮创意竞赛-初级版教材之原理,意义与观念厘清篇(9/10) 钇钡铜氧(Y-Ba-Cu-O)超导体产生超导态的条件
超导态乃未超过临界磁场(Hc), 临界电流密度(Jc),(临界温 度Tc)之内部范围:
(X,Y,Z轴与红色曲线包围住 之范围区域为超导态)
超导态
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超导磁浮创意竞赛-初级版教材之原理,意义与观念厘清篇(10/10)
Motor/Generator
超导磁铁 应用
高能物理实验
High Energy Physics
超导磁性 储能
SMES
磁流体动力 MHD
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超导磁浮创意竞赛-初级版教材之应用篇(5/15)
超导磁铁之应用----- (1)超导磁 浮列车 磁浮列车的优点:
日本Yamanachi (山梨线 磁浮列车 山梨线) 日本 山梨线
第二类超导体(Type II)
Type II 超导体: 超导体: 有两个临界磁场值(Bc1, Bc2),当外加磁场超过较低的一 个(Bc1),内部 则有少数的地方不具超导特质,使磁力线 可以穿过.一直到外加磁场超过另一上限值(Bc2),超导态 才消失,让所有外加磁场穿过.
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Ref: 国立成功大学材料工程学系 陈引干教授 高温超导 超导材料与其磁浮上之应用 超导 .tw/bimonth/v27/609.doc
不同种类超导体之三个限制因素范围示意图
107
Y-Ba-Cu-O 三个限制因 素所围的范围最大,即超 导性质的应用可较广~
(A / cm2)
106
105
103
NbTi 铌钛合金 Nb3Sn 锡化三铌 金属化合物 LaBaCuO 镧钡铜氧陶瓷 YBaCuO 钇钡铜氧陶瓷 40 K 90 K
14T 24 T 100 T
75 yrs 1913 Nobel
1988 Nobel
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(2)完全反磁效应
超导体的内部磁通量为零,磁力线无法进入超导体,这个性质又称为「麦士 那效应(Meissner effect)」.这种现象产生的过程是: 当超导体放入磁 场中时,超导体和一般导体一样会产生感应电流,而超导体的电阻为零,因 此只要磁场存在,电流就能一直流动,此电流即为「屏蔽电流」.屏蔽电流 在超导体周围产生与外部磁场方向相反的磁场,因而阻挡外部磁场进入(如 右图所示).
超导磁铁
轨道两旁墙上的推进线圈
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超导磁浮创意竞赛-初级版教材之应用篇(7/15) 车体悬浮原理: 安装在轨道旁之8字形线圈,当装 有超导磁铁的车身以低於8字形 线圈轴心位置快速通过时, 8字 形线圈会因感应出电流而成为一 电磁铁,此结果使得超导磁铁会 有一推力及拉力使之向上,所以 车身便可磁浮起. 轨道之侧向力:
超导体原理及应用
陈引干 成功大学 材料科学及工程学系
2007高中物理教师研习营 Jan. 16
导读流程:
何谓高温 超导体?
"斜线"皆 斜线" 可请超连结 进入每个主 题!!
第一类超导
原理,意义与 观念厘清篇(神 奇的超导磁浮 现象)
高温超导体2个特 殊性质与3个限制 因素
(1)零电阻
(2)反磁效应
(1)省能源 (2)低噪音 噪音 (3)高速: (550 km/hr) 真空中(1600 km/hr)
SC magnet
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超导磁浮创意竞赛-初级版教材之应用篇(6/15)
日本Yamanachi (山梨线) 超导磁浮列车-推进 原理:
被安装在轨道两旁墙上的推进线圈是由变电所所提供之3相交 变电流,产生变换的磁场,使得轨道两旁之推进线圈的电流一 正一反不断地流动,车上装设之超导磁铁(低温超导线圈)便会 受到推进线圈产生的变换磁场有著连续的吸引力与推进力,速 度的调整,则由可将电流做正反转的周波数来决定,周波数的 转换,又由地上发电厂的周波数装置来操作.
利用"场冷过程"使磁铁磁浮图文说明
给超导体一固定 间距的磁场
利用液态氮冷却超 导体
磁浮体相当稳定 不倾斜
磁铁
磁铁
磁铁
超导体
超导体
超导体
磁铁磁力线 冷却超导体 抽开垫片 液态氮(绿色部份)
垫片
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场冷比零场冷对超导体锁磁效果好
当绝对温度掉到4.2K时, 汞的电阻值几乎为零
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Discovery of High Temperature Superconductors (HTS) Could it be you? 高温超导材料发现的历史
HTS (still ~ -150-200 C)
Air = 78% N2
1987朱经武(C.W.Chu),吴茂昆 (M.K.Wu) discovered YBaCuO with Tc > 77K
40T
9K K 18
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Applications of superconductor
超导之应用
Power transmission 电力传输, Magnetic Levitation (Maglev) 磁浮列车, Motor /Generator 超导马达/发电机, Nuclear Magnetic Resonance (NMR)/ Magnetic Resonant Imaging (MRI) 超导 线圈
第二类超导
超导三大限制因素
超导应用 场冷磁浮 (影片观赏) 零场冷磁浮 (影片观赏) 超导块材 实验安全 超导历 史简介
超导磁浮创意竞赛超导磁浮创意竞赛初级版教材之原理 教材之原理, 初级版教材之原理,意义与观念厘清篇篇
高温超导? 磁浮?
磁悬浮?
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超导磁浮创意竞赛-初级版教材之原理,意义与观念厘清篇(1/10)
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超导磁浮创意竞赛-初级版教材之应用篇(8/15)
超导磁铁之应用---(2)超导磁铁在高能物理的应用 超导磁铁在高能物理的应用
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超导磁浮创意竞赛-初级版教材之应用篇(9/15)
超导磁铁之应用---(2)超导磁铁在高能物理的应用
带 电 粒 子 改 变 时 会 电 子 以 接 磁 场 的 作 便 会 因 相 的 切 线 方 的 电 磁 波 射光 」 . 子 经 由 传 电 子 在 环 插 件 磁 铁 光 , 同 步 到 达 实 验 使 用 同 步 的 放 近 用 对 向 , 由 输 中 会 辐 站 辐 运 射 光 而 论 , 这 注 线 经 放 射 , 射 动 出 速 发 效 放 就 射 进 过 射 再 研 光 速 电 飞 生 应 射 是 器 入 偏 出 经 究 进 度 磁 行 偏 沿 出 「 产 储 转 同 过 人 行 或 波 , 转 著 薄 同 生 存 磁 步 光 员 实 方 . 受 时 偏 片 步 之 环 铁 辐 束 便 验 向 当 到 , 转 状 辐 电 , 或 射 线 可 .
国家同步辐射研究中心 http:/.tw
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Comparison of Traditional Generator vs. SC generator.传统发电机和超导发电机的损耗比较 传统发电机和超导发电机的损耗比较
美国Underground System, Inc.
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超导磁浮创意竞赛-初级版教材之应用篇(3/15)
SC transmission Cable Exp超导电缆的测试
十万voltage的高压电必 须高架或是身埋地底, 并以介电材料覆盖,减 少对环境安全的负面效 应.超导输电线可用大 电流,低电压,没有这 方面的顾虑而且节省能 源,有利於环保
参考: 何建民 低温,超导,磁浮,台湾书店印行 p.70 1996 返回导读页面
Black out in 2003.8 大规模的停电 Power grid failure
超导磁浮创意竞赛-初级版教材之应用篇(4/15)
超导磁铁之应用
核磁共振 影像 超导磁浮 列车
Maglev NMR/MRI
超导马达与 发电机
超导磁浮创意竞赛超导磁浮创意竞赛初级版教材之应用篇 初级版教材之应用篇
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超导磁浮创意竞赛-初级版教材之应用篇(1/15)
超导线材之应用
制成超导线或带,绕成线圈,导入电流,产生磁场用 途: Power transmission 电力传输 超导线材相较於一 般线材的不同在於 没有能量的消耗, 因为超导的零电阻 特性,电子在晶格 中运动并不会与晶 格碰撞产生热能, 也就不会有能量损 耗的问题出现!! Bi系 高温超导线材 返回导读页面
除了冷却的过程的差异之外,零场冷和场冷所引发的效果也不一样.场 冷状态下冷却的超导体,磁力线分布於超导体内的对称性与均匀性比较 好;因而,它的磁锁定效果,磁浮和悬浮稳定性都比较好.由於在冷却 前,已有外加的磁场介入,磁力线在超导现象未产生时,就已经穿透到 超导体内了;即使在降到临界温度以下,产生超导现象时,穿透的磁力 线会被均匀的钉扎在超导体内的一些特殊的微结构中,此时锁磁效果较 佳. 零场冷的锁磁效果较差,因为在冷却前没有外加的磁场介入,高温超 导体内没有钉扎的磁力线.在超导态时,把磁场强加压迫进去,因为超 导体有反磁力,磁场难以进入超导体内,只有少数磁束会被超导体内特 殊的微结构钉扎住,所以在磁场进入超导体内的过程中,必定不会像场 冷过程般的稳定,均匀,磁束能否顺利的被钉扎住,与两个因素有关, 包括超导体与磁铁距离的大小,还有超导体内特殊的微结构分布.因此, 一般而言,场冷过程的磁浮状况都会比零场冷过程来的效果较佳.
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超导磁浮创意竞赛-初级版教材之原理,意义与观念厘清篇(5/10)
两个重要超导特殊性质 (1) 零电阻
当到达临界温度时,超导的特质之一是零电阻.一般的导体,电阻是因原子热振