Tiểu luận Dòng điện trong các môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÍ TIỂU LUẬN MÔN: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TÊN ĐỀ TÀI: DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Thầy LÊ VĂN HOÀNG SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN THỊ YẾN NHI NGUYỄN THỊ SANG NGUYỄN THỊ KIỀU THU NGUYỄN THANH NGỌC THỦY ĐẶNG NGỌC THANH VÂN NGUYỄN THỊ YẾN MUC LUC LỜI MỞ ĐẦU Đa số các ứng dụng của điện liên quan đến dòng điện, nghĩa là liên quan đến dòng chuyển dời của các điện tích, chúng ta có thể quan sát dòng điện ở mọi môi trường như dòng điện rất lớn phóng qua môi trường khí tạo nên sét, dòng điện chạy trong dây dẫn kim loại trong gia đình cung cấp năng lượng điện cho các công cụ điện như đèn chiếu sáng, bàn là, tủ lạnh… Chúng ta có thể quan sát hình ảnh trên màn hình ti vi nhờ có chùm êlectron chuyển động trong vùng chân không bên trong ống hình tác dụng lên màn huỳnh quang. Các linh kiện bán dẫn đã có mặt trong các đồ điện quen thuộc của các gia đình như máy tính, điện thoại di động, bộ điều khiển từ xa… Các ứng dụng dựa trên cơ sở lý thuyết dòng điện trong các môi trường đã và đang ngày càng phát triển cao. Để tìm hiểu sâu hơn về vấn đề nhóm chúng tôi đã nỗ lực thực hiện bài tiểu luận: “Dòng điện trong các môi trường và ứng dụng”. Trong bài này nhóm chúng tôi trình bày những cơ sở lý thuyết và ứng dụng của dòng điện trong các môi trường từ truớc đến nay. Do kiến thức còn hạn chế nên còn nhiều sai sót, vì vậy nhóm chúng tôi rất mong sự thông cảm và góp ý từ phía bạn đọc. Chân thành cảm ơn. Nhóm thực hiện. Chương 1:Dòng Điện Trong Kim Loại Cấu trúc của kim loại Một nguyên tử riêng lẻ bao gồm hạt nhân mang điện tích dương ở trung tâm và các electron chuyển động xung quanh. Giữa chúng có lực tương tác tĩnh điện để liên kết hạt nhân với các electron tạo thành nguyên tử bền vững. Sự liên kết này được hình dung như hàng rào thế năng giam giữ các electron trong nguyên tử. Khi các nguyên tử đơn lẻ tiến lại gần nhau liên kết thành mạng tinh thể, khoảng cách giữa các nguyên tử co ngắn lại làm hàng rào thế hạ xuống, lực tương tác của electron hoá trị lớp ngoài cùng với hạt nhân là rất yếu và các electron này được xem là electron tự do. Như vậy, tinh thể kim loại bao gồm các ion dương sắp xếp trật tự tuần hoàn, chiếm vị trí các nút mạng tinh thể. Các electron hóa trị tách Hình 1.1: thế năng tương tác giữa các nguyên tử trong kim loại khỏi nguyên tử, di chuyển tự do trong toàn bộ mạng tinh thể trở thành electron tự do. Các electron này liên kết không chỉ với một ion dương mà nó liên kết với tất cả các ion dương khác trong mạng tinh thể. Các electron hoá trị đã trở thành các electron tự do và được dùng chung cho cả mạng tinh thể.. Số nguyên tử trong tinh thể rất lớn, mỗi nguyên tử có thể đóng góp một vài electron hoá trị, các electron này có mật độ rất lớn nên bao phủ toàn bộ thể tích của tinh thể kim loại( mật độ electron tự do tương ứng với mật độ nguyên tử, vào khoảng 1028electron/m3). Tương tác giữa đám mây electron tự do mang điện tích âm và các ion ớ nút mạng mang điện tích dương chính là lực liên kết tạo nên tinh thể kim loại bền vững. Hình 1.2: sự tập thể hóa các electron tự dolớp 3s của các nguyên tử Natri Tinh thể kim loại có đặc điểm là mật độ electron tự do rất lớn, các electron này rất linh động, dễ dàng chuyển động tự do trong toàn bộ mạng tinh thể nên các vật dẫn kim loại có các tính chất đặc biệt như dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và có độ bền uốn, độ bền kéo cao. Nội dung thuyết electron về kim loại Các chất được cấu tạo từ các phân tử, các phân tử do các nguyên tử tạo thành. Mỗi nguyên tử đều có hạt nhân mang điện tích dương, tập trung hầu hết khối lượng của nguyên tử. Các electron mang điện tích âm (-e) chuyển động xung quanh hạt nhân, e là điện tích nguyên tố có giá trị e = 1,6.10-19C. Hạt nhân nguyên tử ở vị trí trung tâm của nguyên tử, nó có kích thước rất nhỏ (đường kính khoảng 10-13m). Hạt nhân bao gồm proton mang điện tích +e (=1,6.10-19C), khối lượng mp = 1,673.10-27 kg, lớn gấp 1836 lần khối lượng của electron me= 9,1.10-31kg và hạt nơtron không mang điện có khối lượng xấp xỉ khối lượng hạt proton. Hình 1.3:mô hình nguyên tử Natri Trong nguyên tử trung hòa về điện thì số electron bằng số proton. Do khối lượng của electron rất bé so với khối lượng của proton nên electron dễ di chuyển hơn proton rất nhiều. Nếu vì một nguyên nhân nào đó, nguyên tử mất đi một số electron thì tổng đại số các điện tích trong nguyên tử là một số dương. Ngược lại nguyên tử nhận thêm một số electron, số electron trong nguyên tử lớn hơn số proton. Nguyên tử trở thành ion âm. Trong kim loại có các electron tự do. Mật độ electron tự do xấp xỉ bằng mật độ của nguyên tử trong kim loại nên rất lớn. Tập hợp các electron tự do trong kim loại được coi như khí electron, có tính chất giống như khí lý tưởng. Khí electron tuân theo các định luật của khí lí tưởng. Giải thích tính chất điện của kim loại Giải thích tính dẫn điện tốt của kim loại Bằng thuyết electron Kim loại dẫn điện tốt vì mật độ electron tự do trong kim loại rất lớn. Tính dẫn điện của kim loại được giải thích như sau: Các electron tự do trong kim loại có tốc độ rất lớn ( cỡ 105 m/s), chuyển động nhiệt hỗn độn tán xạ trên các chỗ mất trật tự của mạng tinh thể nên không có hướng ưu tiên. Xét số electron chuyển động theo một chiều nào đó, về trung bình luôn bằng số electron chuyển động theo chiều ngược lại. Điện lượng tổng cộng bởi các electron đi qua một mặt bất kì theo một chiều nào đó là bằng không. Vậy chuyển động hỗn loạn của các electron tự do không tạo ra dòng điện trong vật dẫn kim loại. Hình 1.4: chuyển động nhiệt và chuyển động cuốn của electron trong nguyên tử kim loại Khi đặt một hiệu điện thế bên ngoài vào hai đầu của vật dẫn kim loại, do chịu tác dụng của lực điện trường, các electron tự do nhận thêm một thành phần vận tốc chuyển động có hướng ngược chiều điện trường ngoài. Trong đó F là lực do điện trường ngoài tác dụng lên một electron. Khi đó số electron chuyển động ngược với chiều điện trường ngoài sẽ lớn hơn số electron chuyển động cùng chiều với điện trường ngoài, nghĩa là xuất hiện chuyển dời có hướng của các hạt điện tích dẫn đến trong kim loại có dòng điện. Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do ngược chiều điện trường ngoài tác dụng lên kim loại Bằng lí thuyết lượng tử Giải thích tính dẫn điện của kim loại bằng lí thuyết dải năng lượng Kim loại có số electron tự do lớn nên dẫn điện tốt. Ở độ không tuyệt đối, các electron hoá trị chỉ chiếm một phần các trạng thái của dải năng lượng mà nó chiếm chỗ, trong dải còn nhiều trạng thái năng lượng còn trống. Theo quan điểm lượng tử, sóng electron không va chạm khi chuyển động trong mạng tinh thể lí tưởng hoàn toàn trật tự, nên electron dẫn có quãng đường chuyển động tự do rất lớn. Thực tế, quãng đường chuyển động tự do của electron bị hạn chế do trong tinh thể thực luôn tồn tại các khuyết tật do sai hỏng mạng tinh thể và tạp chất. Trong chuyển động có hướng, các electron tự do luôn tán xạ với các chỗ nhỏ mất trật tự của mạng tinh thể làm các electron bị tổn hao năng lượng chuyển động có hướng. Nguyên nhân làm cho mạng tinh thể có những chỗ mất trật tự có thể do chuyển động nhiệt của các ion dương ở nút mạng dao động Hình 1.5: Cấu trúc dải năng luợng của êlectron trong tinh thể quanh vị trí cân bằng làm tăng biên độ tán xạ. Các nguyên tử tạp chất có trong mạng tinh thể gây ra các khuyết tật của mạng tinh thể hoặc do các tác nhân cơ học gây nên các sai lệch điểm, sai lệch đường, sai lệch khối của mạng tinh thể. Các nguyên nhân đó làm cản trở dòng chuyển động của các electron, cản trở dòng điện trong kim loại hay kim loại có điện trở. Các kim loại khác nhau có cấu tạo mạng tinh thể khác nhau, do đó tác dụng cản trở chuyển động của các electron tự do khác nhau. Đó là nguyên nhân gây ra điện trở suất của các kim loại khác nhau là khác nhau. Trong các sai hỏng mạng nói trên, sai hỏng do tạp chất, do cơ học ít phụ thuộc nhiệt độ. Nhưng sai hỏng do dao động của các ion phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ. Nhiệt độ tăng lên, dao động nhiệt của các ion nút mạng tăng, dẫn đến sự tán xạ của electron tăng, mà số electron tự do không đổi. Vì vậy điện trở suất của kim loại tăng tuyến tính theo nhiệt độ. Giải thích nguyên nhân gây ra điện trở Trong chuyển động có hướng, các electron tự do luôn tương tác với các ion nằm ở nút mạng dao động quanh vị trí cân bằng và những chỗ mất trật tự của mạng tinh thể. Giữa hai va chạm kế tiếp, các electron chuyển động có gia tốc dưới tác dụng của điện trường ngoài và nó có một năng lượng xác định do điện trường cung cấp. Sau va chạm, các electron bị tổn hao năng lượng chuyển động có hướng, nói cách khác kim loại cản trở dòng điện hay kim loại có điện trở. Nguyên nhân gây ra điện trở là sự va chạm của các electron tự do vào các ion dương của mạng tinh thể. . Giải thích tính phụ thuộc nhiệt độ của điện trở Khi electron va chạm với nút mạng, nó truyền năng lượng nhận được từ điện trường ngoài cho nút mạng làm cho các nút mạng dao động mạnh hơn, nghĩa là kim loại nhận được năng lượng dưới dạng nhiệt. Vì vậy, khi có dòng điện chạy qua kim loại nóng lên. Khi ta tăng nhiệt độ cho kim loại, các ion kim loại ở nút mạng dao động mạnh hơn làm tăng tiết diện tán xạ, nên electron tự do dễ va chạm với nút mạng hơn, dẫn đến điện trở suất của kim loại tăng tuyến tính với nhiệt độ của kim loại . Các hiện tượng nhiệt điện Sự xuất hiện hiệu điện thế tiếp xúc tại các mối hàn dẫn đến một số hiện tượng sau Hiện tượng Seebeck Năm 1821, nhà vật lí Thomas Johann Seebeck (1770-1831) đã phát hiện ra hiện tượng nhiệt điện ( hiện tượng Seebeck) Ở cùng một nhiệt độ, một mạch kín gồm hai kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau, trong mạch không có dòng điện. Nếu nhiệt độ ở hai mối hàn khác nhau sẽ có dòng điện chạy trong mạch. Độ chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối hàn càng lớn thì dòng điện càng lớn. Dòng điện này được gọi là dòng nhiệt điện, suất điện động tạo nên dòng nhiệt điện gọi là suất điện động nhiệt điện. Mạch kín nói trên được gọi là cặp nhiệt điện. Hình 1.6: hiện tượng Seebeck Nguyên nhân của hiện tượng Seebeck được trình bày như sau. Giả sử ở mạch kín gồm hai kim loại khác nhau A và B, hai mối hàn có nhiệt độ bằng nhau thì tổng các hiệu điện thế tiếp xúc trong của hai mối hàn sẽ bằng không. Nếu nhiệt độ mối hàn là T1 = T và nhiệt độ của mối hàn kia là T2 = T + T và xem mật độ electron tự do n1, n2 của hai kim loại không phụ thuộc nhiệt độ thì tổng hiệu điện thế tiếp xúc ở hai mối hàn sẽ khác không. Sự xuất hiện hiệu điện thế tiếp xúc là do sự khuếch tán của electron ở mối hàn nóng lớn hơn ở mối hàn lạnh, dẫn đến hiệu điện thế tiếp xúc ở mối hàn nóng lớn hơn. Ngoài ra còn nguyên nhân thứ hai là: Năng lượng của electron ở đầu nóng của thanh kim loại cao hơn ở đầu lạnh, nên vận tốc chuyển động nhiệt lớn hơn, vì thế dòng khuếch tán đi từ đầu nóng đến đầu lạnh lớn hơn dòng khuếch tán ngược lại. Kết quả là đầu nóng tích điện dương còn đầu lạnh tích điện âm. Trong kim loại, các vùng điện tích không gian xuất hiện tạo nên điện trường. Nếu hiệu nhiệt độ T của hai mối hàn không quá lớn, thì suất điện động toàn phần tỉ lệ với hiệu nhiệt độ đó. E = (T2 – T1) Hệ số nhiệt động (V/K) phụ thuộc vào vật liệu làm cặp nhiệt điện. Các ứng dụng Nhiệt kế nhiệt điện Cặp nhiệt điện dùng để đo các nhiệt độ rất cao hoặc rất thấp mà các nhiệt kế thông thường dùng chất lỏng như thuỷ ngân, rượu màu không đo được. Cặp nhiệt điện gồm hai vật dẫn khác loại với nhau ( dây 1 và dây 2) được hàn nối với nhau, một đầu hàn được gọi là đầu nóng. Hai dây kim loại cùng mối hàn nóng ( TA) thường được đặt trong ống sứ cách điện để cách ly mọi tiếp xúc ở vùng ngoài mối hàn.. Để cặp nhiệt điện phản ứng nhanh với nhiệt độ bên ngoài, mối hàn nóng có thể được tiếp xúc với lớp vỏ kim loại. Pin nhiệt điện Hình 1.7: sơ đồ các cặp pin nhiệt điện Mỗi cặp nhiệt điện cung cấp một suất điện động nhiệt điện rất nhỏ. Nhiều cặp nhiệt điện mắc nối tiếp nhau có thể tạo thành một bộ pin có khả năng cho suất điện động khoảng vài vôn. Các mối hàn chẵn 2.4.6.8 được đặt ở nhiệt độ T1 còn các mối hàn lẻ 1.3.5.7.9 đặt ở nhiệt độ T2. Hiệu suất của pin nhiệt điện rất thấp, chỉ khoảng 0.1% nên không có hiệu quả kinh tế. Pin nhiệt điện được làm bằng hai thanh dẫn khác loại( bán dẫn loại p và bán dẫn loại n) có hệ số nhiệt động lớn hơn, hiệu suất cao hơn. Hiện tượng Peltier Khi cho dòng điện qua vật dẫn không đồng nhất, ngoài nhiệt lượng Joule _ Lenz toả ra trong thể tích vật dẫn, người ta còn quan sát thấy một hiện tượng nhiệt phụ nữa xảy ra ở chỗ tiếp xúc giữa hai kim loại khác nhau. Khi có dòng điện qua chỗ tiếp xúc giữa hai kim loại thì ở đó sẽ có sự toả nhiệt hay hấp thụ nhiệt tuỳ theo chiều dòng điện. Nó làm cho chổ tiếp xúc hoặc là nóng lên hoặc là lạnh đi. Hiện tượng nhiệt điện này là do Jean Peltier phát minh năm 1834 Hình 1.8: sơ đồ các cặp pin nhiệt điện Để đo nhiệt lượng toả ra hay hấp thụ của hiện tượng Peltier người ta dung mạch điện gồm hai vật dẫn khác nhau hàn nối với nhau. Nếu tại mối hàn T2 dòng điện đi từ B sang kim loại A thì tại mối hàn T1 dòng điện sẽ đi từ mối hàn A sang kim loại B. Vì vậy nếu mối hàn T2 nóng lên thì mối hàn T1 lạnh đi và ngược lại. Sự thay đổi nhiệt độ của các mối hàn được xác định nhờ nhiệt lượng kế. Sau khoảng thời gian t, ở mối hàn toả ra một nhiệt lượng bằng tổng các nhiệt lượng Joule_Lenz và nhiệt lượng Peltier: Q1=RI2t +Q Còn tại mối hàn kia toả ra nhiệt lượng là: Q2=RI2t – Q Vì vậy : Q1 – Q2 =2Q Thí nghiệm chứng tỏ rằng nhiệt lượng Peltier Q toả ra hay hấp thụ tại mối hàn tỉ lệ thuận với điện tích toàn phần q đi qua mối hàn: Hệ số được gọi là hệ số Peltier. Nó phụ thuộc vào bản chất của các kim loại tiếp xúc nhau và vào nhiệt độ của mối hàn, Người ta thường kí hiệu hệ số peltier AB khi dòng điện có chiều từ vật dẫn B sang vật dẫn A và bằng BA khi dòng điện có chiều ngược lại. Trong cả hai trường hợp, nhiệt lượng peltier có giá trị như nhau, chỉ khác nhau về dấu: AB = -BA Chú ý rằng,giữa hiện tượng toả nhiệt Joul_Lentz và hiện tượng Peltier có sự khác nhau cơ bản. Nhiệt lượng Joule_ Lentz tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện và không phụ thuộc vào chiều của dòng điện. Còn nhiệt lượng Peltier tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện và thay đổi dấu khi dòng điện đổi chiều. Nhiệt lượng Joule_Lenz phụ thuộc vào điện trở vật dẫn trong khi nhiệt lượng peltier không phụ thuộc vào điện trở. Hệ số Peltier được tính bằng J/C hay bằng vôn và có độ lớn vào khoảng 10-2 -10-3V Nhiệt lượng peltier thường nhỏ so với nhiệt lượng Joule_Lenz nên cần dùng các vật dẫn có điện trở nhỏ để nhiệt lượng Joule_Lenz không làm lu mờ hiện tượng Peltier. Nguyên nhân của hiện tượng Peltier là sự tồn tại của hiệu điện thế tiếp xúc trong. Nếu điện trường tạo ra ở mối hàn do hiệu điện thế tiếp xúc mà làm tăng tốc độ electron dẫn thì động năng của các electron dẫn tăng lên và các electron dẫn nhường động năng dư cho mạng tinh thể. Kết quả là mối hàn đó nóng lên và toả nhiệt lượng phụ. Nếu electron chuyển động theo chiều ngược lại thì điện trường làm giảm tốc độ của electron, động năng của các electorn dẫn giảm và electron phải lấy năng lượng còn thiếu từ mạng tinh thể. Do mối hàn phải cung cấp năng lượng cho electron nên mối hàn lạnh đi. Ứng dụng: Máy lạnh sử dụng hiệu ứng nhiệt điện Ứng dụng hiện tượng Peltier, người ta thiết kế một linh kiện gồm hai vật dẫn khác nhau có hai mối hàn tạo thành mạch điện. Khi cho dòng điện chạy qua, một đầu mối hàn nóng lên, còn đầu kia lạnh đi. Điều đó có nghĩa là có thể chế tạo được một linh kiện có hai mặt, một mặt lạnh chuyển nhiệt sang mặt nóng. Để hiệu suất hoạt động của thiết bị làm lạnh theo nguyên lí của hiện tượng Peltier cao hơn, người ta lấy hai vật dẫn kim loại khác nhau bằng hai tấm bán dẫn khác loại, bán dẫn loại p và bán dẫn loại n. Hiện tượng Thomson Năm 1854 William Thomson đã phát hiện ra rằng một vật dẫn đồng chất mà có biến thiên nhiệt độ thì khi có dòng điện chạy qua sẽ xuất hiện một nhiệt lượng phụ toả ra hay hấp thụ trong vật dẫn, độc lập với nhiệt lượng Joul_ Lenz. Lượng nhiệt này bổ sung thêm hoặc hấp thụ bớt đi làm cho nhịêt lượng của vật dẫn tăng lên hay giảm đi so với khi chỉ có nhiệt lượng Joule_ Lenz. Hiện tượng này gọi là hiện tượng Thomson. Thí nghiệm quan sát hiện tượng Thomson được bố trí như sau: Hai vật dẫn a và b giống nhau, làm bằng cùng một vật liệu được mắc vào một mạch điện. Hai đầu cuả vật dẫn được giữ ở nhiệt độ khác nhau. Khi đó, dọc theo các vật dẫn xuất hiện một biến thiên nhiệt độ nên xuất hiện các dòng nhiệt. Trong vật dẫn b, chiều dòng nhiệt trùng với chiều dòng điện, còn trong vật dẫn a, chiều của hai dòng đó lại ngược nhau. Trên hai vật dẫn chọn hai điểm a và b sao cho khi chưa có dòng điện, nhiệt độ tại hai điểm đó là như nhau. Thực nghiệm cho thấy, khi có dòng điện trong mạch, nhiệt độ tại hai điểm đó là khác nhau. Điều đó chứng tỏ nhiệt lượng Joule_lenz toả ra trong một vật dẫn và bị hấp thụ ở vật dẫn kia. Nhiệt lượng đó gọi là nhiệt lượng Thomson. Hình 1.9: hiện tượng Thomson Hiện tượng Thomson được giải thích như sau: Khi nhiệt độ hai đầu dây dẫn khác nhau sẽ có dòng electron khuếch tán từ đầu nóng đến đầu lạnh lớn hơn dòng khuếch tán theo chiều ngược lại. Giữa hai đầu của vật dẫn xuất hiện một điện trường phụ, hướng từ đầu nóng sang đầu lạnh. Khi electron đi từ đầu lạnh đến đầu nóng thì điện trường phụ làm tăng tốc electron và trong dây dẫn toả ra một nhiệt lượng phụ. Nếu electron đi từ đầu nóng đến đầu lạnh, đi ngược chiều điện trường thì điện trường phụ sẽ hãm các electron lại, do đó trong dây dẫn electorn hấp thụ một nhiệt lượng của vật dẫn. Ngoài nguyên nhân trên còn một nguyên nhân khác. Electron ở đầu nóng có năng lượng của chuyển động nhiệt cao hơn ở đầu lạnh. Khi các electron dưới tác dụng của điện trường đi từ đầu nóng đến đầu lạnh, chúng sẽ truyền phần năng lượng còn dư cho mạng tinh thể làm cho vật dẫn nóng lên. Khi dòng điện có chiều ngược lại , các electron đi từ đầu lạnh đến đầu nóng, chúng sẽ nhận thêm năng lượng của mạng tinh thể, tức là hấp thụ nhiệt. Khi dòng điện trong vật dẫn chạy theo một chiều nào đó thì tác dụng toả nhiệt hay hấp thụ nhiệt của hai nguyên nhân trên trái ngược nhau. Điều này giải thích tại sao trong một số kim loại khi chiều dòng điện và chiều dòng nhiệt trùng nhau thì có sự toả nhiệt, còn một số kim loại khác trong điều kiện ấy lại có sự hấp thụ nhiệt. Siêu dẫn Dòng điện trong kim loại bị tổn hao năng lượng do các electron chuyển động va chạm với các vị trí mất trật tự của mạng tinh thể. Trong các nguyên nhân làm cản trở chuyển động của electron, đáng kể nhất là dao động của các ion nút mạng. Sự mất trật tự này tăng lên khi nhiệt độ tăng, làm cho điện trở của vật dẫn tăng. Theo biểu thức điện trở suất của kim loại, khi nhiệt độ giảm đều thì điện trở suất của kim loại cũng giảm đều. Năm 1911, nhà vật lý người Hà Lan Kamerlingh Onnes đã phát hiện ra, điện trở của thuỷ ngân đột ngột giảm tới 0 khi nhiệt độ của thuỷ ngân giảm xuống tới 4,2 K. Nhiệt độ Tc = 4.2 K được gọi là nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn của thuỷ ngân. Trên nhiệt độ chuyển pha, thuỷ ngân ở trạng thái thường, dưới nhiệt độ chuyển pha, thuỷ ngân ở trạng thái siêu dẫn (điện trở bằng 0). Do phát minh này, năm 1913 Kamerlingh Onnes đã nhận giải thưởng Nobel. Hình 1.10: Hiệu ứng Meissner . Dẫn điện của chất siêu dẫn hoàn toàn khác với dẫn điện của kim loại. Đầu những năm 1960, H.Bardeen, L.N. Copper và J.R.Schrieffer đưa ra lí thuyết giải thích vì sao các phân tử tải điện có thể chuyển động không bị cản trở trong các chất siêu dẫn ở nhiệt độ thấp. Lí thuyết BCS giả thiết rằng các hạt tải điện không phải là các electron riêng lẻ mà là cặp các electron. Các cặp Cooper như vậy được xem là các hạt tải điện với tính chất rất khác với các electron riêng biệt. Để tạo ra cặp Cooper, lí thuyết xem rằng có một electron chuyển động qua mạng tinh thể làm mạng bị biến dạng, khiến cho mật độ điện tích dương quanh electron này tăng lên trong thời gian rất ngắn. Nếu vào thời điểm đó một electron thứ hai tiến đến dải này, nó sẽ bị hút vào trong dải bởi mật độ điện tích dương lớn hơn