Daily Archives: 2009/09/01

電力上的應用(Power Applications of Superconductivity)

電力上的應用(Power Applications of Superconductivity)
國立虎尾科技大學電子工程系吳添全助理教授/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

利用超導體零電阻的特性,可運用於製作超導導線。在電力工程設施中,如電力傳輸線、儲能系統、馬達、發電機及變壓器,由於線路有電阻,因此會有大量的電能損耗並轉變為熱。

若將線路改為超導體材料則可減少能量損耗。 在電力傳輸線的應用上:目前從發電廠產生的電力,運送給消費者使用,往往相距很遠,所以電力輸送時會提高電壓減少輸送途中的電力損失。因為電流在導線中流通時,會產生熱能,在半途中散發而耗損,電流愈大損失的能量也就愈大(和電流的平方成正比)。因此在輸送一定電力時,若能提高電壓則其電流相對地就會變小,也就可以減少電力的損失。因此若將導線改為超導電纜作為電力傳輸線裝置,可有效減少能量之損耗。 在儲能的應用上:可將超導材料以超導線材繞成線圈後,保持於極低溫時的超導態,並將電能儲存在超導線圈內,因為擄獲的磁場為永久電流所產生,在不消耗任何電力於線圈則此磁場將永久存在。超導磁儲能系統可以儲存非高峰期多餘的電能,以便高峰期使用。

磁浮

磁浮 (magnetic leviation)
國立虎尾科技大學電子工程系吳添全助理教授/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

講到磁浮 (magnetic leviation) 就會聯想到浮力,當物體存在於流體內部就會受到浮力的作用,而且浮力是與重力方向相反。因此當一個磁鐵接近超導體時就會受到Meissner效應的作用,即磁力線被排出超導體外,並有表面電流的產生。此表面電流所產生的磁場和磁鐵的磁場方向相反。因此超導體抗磁性的結果會產生使磁鐵浮在超導體上的現象。

混合態的磁通渦旋線

混合態的磁通渦旋線 (The Mixed Stated)
國立虎尾科技大學電子工程系吳添全助理教授/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

1957年阿列克謝.阿布里科索夫 (Alexei Abrikosov) 根據金茲堡-朗道理論,仔細的計算外加磁場下超導體的特性,發現超導體的另一種形態稱為第二類超導。阿布里科索夫的計算預測磁力線可穿透第二類超導,穿透的磁通是量子化的,稱為「渦漩磁通」(vortices)(如圖1)。混合態的渦旋磁通結構為量子化的通通線及環形的超流電流渦旋。對超導體施加磁場時,磁通是以量子化的形式進入超導材料中,即捕獲的磁通是量子化的Φ = nΦ ,n = 1,2,3,……。對第一類超導體而言,由於Meissner效應是完全的,所以n = 0;但對第二類超導體而言,混合態並非完全的抗磁,當外加磁場超過HC1時磁通進入超導材料中,這些磁通線被超導材料所包圍。阿布里科索夫更進一步預測,這些渦漩磁通會相互排斥,而排列成六角形的晶格 (Abrikosov lattice) 磁通的釘扎作用 (flux pinning effect) 是二類超導體特有的性質,它對提昇超導材料的臨界電流密度有很大的貢獻。