VÌ SAO NÓI CHẤT SIÊU DẪN KHÔNG HOÀN TOÀN DẪN ĐIỆN?
Dẫn điện từ này đã không còn xa lạ với chúng ta. Mỗi ngày khi chúng ta mở đài và ti vi, chất dẫn điện liền trổ tài của mình ra, chuyển những tín hiệu điện tử thành âm thanh êm ái và hình ảnh đẹp đẽ. Chất dẫn điện có khả năng dẫn điện rất mạnh là bởi vì do kết cấu bên trong của nó quyết định. Nhưng dù là chất dẫn điện gì thì trên đường mà dòng điện chạy qua chắc chắn sẽ có một vài lực cản đối với dòng điện. Khi có một dòng điện rất mạnh đi qua dây dẫn, dây dẫn sẽ tỏa nhiệt, đây chính là một loại lực cản, đó là do điện trở của dây dẫn gây nên. Chính vì có sự tồn tại của điện trở dây dẫn, năng lượng của dòng điện sẽ có một phần hao phí trên, điện trở, từ đó làm cho năng lượng điện có ích bị lãng phí một cách vô ích.
Dòng điện chuyển động trong chất dẫn điện như thế nào? Phải chăng có tồn tại chất dẫn điện hoàn toàn không có điện trở? Đây là hai câu hỏi gây hứng thú lớn cho con người.
Thì ra, sự chuyển đổi của dòng điện là do một lực đặc biệt trong chất dẫn điện do điện trường gây nên. Khi dòng điện gặp điện trở, tốc độ truyền giảm xuống, lực điện trường sẽ ''giúp một tay'' làm cho dòng điện thắng được lực cản, tiếp tục truyền đi trong dây dẫn. Sinh ra lực điện trường này là do nguồn điện. Nếu trong dây dẫn không có điện trở, sự chuyển động của dòng điện sẽ không cần đến sự tác dụng của lực điện trường mà vẫn có thể tiếp tục truyền đi được, chất dẫn điện như thế là chất dẫn điện hoàn toàn. Trong chất dẫn điện hoàn toàn, lực điện trường không những không có “đất dụng võ”, mà còn không có ''đất dung thân''. Bởi vì trong chất dẫn điện hoàn toàn đã không có điện trở, điện tích ngày một nhận thêm lực, càng chuyển động càng nhanh, cuối cùng làm cho dòng điện chuyển động trong chất dẫn điện càng ngày càng lớn, cho đến khi không thể thu được, nhưng điều này sẽ không xảy ra trong thực tế được. Bởi vì trong chất dẫn điện hoàn toàn không có lực điện trường. Các nhà khoa học đã chứng minh, lực điện trường này xuất hiện từ từ trường biến đổi theo thời gian. Nếu bằng chất dẫn điện, hoàn toàn cũng không thể tồn tại từ trường biến đổi theo thời gian.
Năm 1911, trong phòng thí nghiệm Raiden Hà Lan dưới sự hướng dẫn của giáo sư K.Angnis, một phát hiện to lớn đã làm những nhân viên nghiên cứu vô cùng kinh ngạc, thì ra họ phát hiện ở gần 4,2 độ K (khoảng -269oC), điện trở của thủy ngân đột nhiên mất đi. Sau đó họ lại phát hiện khi ở 3,8oK (khoảng -270oC) điện trở của thiếc cũng không còn nữa. Khi đó họ gọi trạng thái đặc biệt này của chất dẫn điện là trạng thái siêu dẫn. Chất dẫn điện trong trạng thái nhiệt độ rất thấp xuất hiện trạng thái siêu dẫn thì gọi là chất siêu dẫn.
Chất siêu dẫn phải chăng là hoàn toàn siêu dẫn?
Nhìn từ đặc điểm, điện trở bằng 0, thì chất siêu dẫn và chất dẫn điện hoàn toàn hầu như không có sự khác biệt. Tuy nhiên các nhà khoa học qua thí nghiệm đã chỉ ra một đặc điểm rất đặc biệt của chất siêu dẫn, đặc điểm này được gọi là tính kháng từ hoàn toàn, nó là đặc điểm mà chất dẫn điện hoàn toàn không có.
Khi dùng một thỏi nam châm có từ tính mạnh đưa lại gần chất dẫn điện, chất dẫn điện sẽ bị tấm nam châm hút về phía nó, đó là do chất dẫn điện chịu ảnh hưởng của nam châm cũng bị nhiễm từ, đó gọi là từ hóa. Nhưng khi đưa nam châm lại gần chất siêu dẫn, nam châm sẽ gặp phải một lực cản lớn. Nếu chất siêu dẫn đặt trên mặt bàn, khi nam châm đưa tới gần chất dẫn điện, lực cản mà nam châm nhận được lớn tới mức có thể cân bằng với trọng lực của nam châm, dẫn đến tấm nam châm có thể sẽ nằm trên mặt chất siêu dẫn. Nguyên nhân gây ra hiện tượng này là do chất siêu dẫn không bị từ hóa, nó có tính kháng từ rất mạnh. Trong chất siêu dẫn hoàn toàn thường không xuất hiện bất cứ từ trường nào. Mặc dù trong chất dẫn điện ban đầu có tồn tại từ trường, một khi đã biến thành chất siêu dẫn từ trường tất thảy đều bị đẩy ra khỏi chất siêu dẫn, nếu có một từ trường ở bề mặt chất siêu dẫn thì từ trường này cũng không có oách gì xâm nhập vào trong chất. Vì thế, nếu nhân từ tính kháng từ, chất siêu dẫn không phải là siêu dẫn hoàn toàn, nó là trạng thái tồn tại mới của chất dẫn điện trong điều kiện nhiệt độ rất thấp.
Lợi dụng tính kháng từ của chất siêu dẫn, ngày nay con người đã chế tạo ra tàu từ. Tàu từ chạy trên đường ray bằng thép, không cần lực ma sát giữa bánh xe và đường ray như các xe lửa thông thường mà vận tốc lại có thể tăng lên rất nhanh.
