Schwebebahn für supraleitende Rennautos
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Schumi aus der Tiefkühltruhe: Schwebebahn für supraleitende Rennautos Hier demonstrieren wir eine der exotischen Eigenschaften von Supraleitern - die Levitation Supraleiter können in magnetischen Feldern schweben oder sogar hängen. Wir nutzen den Effekt, um Spielzeugautos auf einer magnetischen Rennbahn fahren zu lassen. Was versteht man unter Supraleitung? Strom ohne Widerstand.... Wenn wir Strom durch einen Draht schicken, so geht dies normalerweise nicht ohne Reibung. Die Elektronen verlieren immer wieder bei Stößen ihre Energie, der Draht hat "Widerstand". Viele Metalle verlieren aber ihren Widerstand völlig, wenn man sie auf sehr tiefe Temperaturen abkühlt. Dieser Effekt wurde bereits 1911 entdeckt. Man fand, dass Quecksilber unterhalb von -269 Grad Celsius zu einem perfekten Leiter - einem Supraleiter - wird. Erst vor wenigen Jahren konnten elektrisch leitende Verbindungen auf der Basis des Kupferoxids gefunden werden, die schon bei vergleichsweise "hohen" Temperaturen von -180 Grad Celsius supraleitend sind. Ein Beispiel ist Yttrium-Barium-Kupferoxid, das wir für die Schwebeautos verwenden. Schwebendes Spielzeugauto auf der Rennbahn Supraleitung und Magnetfelder.... Wenn man Supraleiter in das Feld eines Magneten bringt, so verdrängt der Supraleiter das Magnetfeld entweder völlig ("Typ-I-Supraleiter") oder er lässt das Feld in Form von Bündeln eindringen ("Typ-II-Supraleiter"). Man kann erreichen, dass die Bündel sehr stark im Material verankert werden. Der Supraleiter hängt dann regelrecht an magnetischen Fäden und kann schwebend oder auch hängend entlang magnetischer Schienen gleiten. Hängender Spielzeugzug (IFW Dresden) Supraleitendes Kabel Supraleitung und Mikroelektronik.... Aus Supraleitern lassen sich schnelle und verbrauchsarme Mikroelektronische Bauelemente fertigen, deren Schaltgeschwindigkeit die heutiger Halbleitertransistoren um ein Vielhundertfaches übertrifft. Ob man eines Tages supraleitende statt halbleitende Computer haben wird, bleibt abzuwarten. Bereits etabliert sind aber hochempfindliche Magnetfeldsensoren ("supraleitende Quanteninterferometer"), mit denen sich sogar die Magnetfelder nachweisen lassen, die das Gehirn beim Denken produziert. KS_Modellbahn_01_2.PDF Supraleitung und Energietechnik.... Man wickelt große Magnetspulen mit supraleitendem Draht und kann so Magnetfelder bis zum ca. 400.000fachen des Erdmagnetfelds erzeugen. Supraleitende Suplen werden beispielsweise in Kernspintomographen eingesetzt. Zur Zeit laufen Pilotprojekte, in denen supraleitende Kabel für die Energieversorgung getestet werden Patient bei der Magnetoenzephalographie (CTF, Kanada) und Supraleitendes Quanteninterferometer (PTB Berlin) Hochschule: Universit ät Tübingen Institut: Physikalisches Institut-Experimentalphysik II Unter Leitung von: Prof. Dr. Reinhold Kleiner und Prof. Dr. Dieter Kölle Kontakt: http://www .pit.physik.uni-tuebingen.de/PIT-II.html Interessante Webseiten: http://www .pit.physik.uni-tuebingen.de/PIT-II/DE/index.html und dort auf "Physik zum Anfassen" Schumi aus der Tiefkühltruhe: Schwebebahn für supraleitende Rennautos Auf diesem Poster erfahren Sie einige technische Details der Rennbahn.... Das Bahnmaterial Die Bahn besteht aus dem mehrpolig längsgestreifen Magnetband Permaflex 928 (Fa. Max Baermann). Quer zur Bahn wechseln sich Nord- und Südpole im Abstand von 5 mm ab. Das Maximalfeld beträgt 2.200 Gauss (ca. 4000-faches des Erdmagnetfeld). Die Schwebeautos können entlang der Bahn gleiten; quer zur Bahn werden die Autos durch das Magnetfeld der Bahn festgehalten. Das Magnetband. Die längsgestreifte Magnetisierung wurde hier durch Bestreuen mit Eisenfeilspänen sichtbar gemacht. Die Autos Unter die Spielzeugautos ist eine Bodenplatte aus Yttrium-Barium-Kupferoxid (Hersteller: IPHT Jena) montiert, das bei -180° Celsius supraleitend wird. Im Fahrzeug befindet sich ein wattegefüllter Aluminiumtank, der mit flüssigem Stickstoff(Temperatur: -196 °C) gefüllt wird und den Supraleiter kalt hält. Die Spielzeugautos mit integriertem Kühltank und supraleitender Bodenplatte Schweben und Kurvenführung Wir kühlen die Autos in einem Gefäß, in dem sich ein Stück der Magnetschiene befindet. Die Autos werden im Abstand von ca. 1mm über der Bahn eingekühlt. Die Autos behalten das Magnetfeld, das beim Abkühlen geherrscht hat und gleiten stabil entlang der Bahn. Führung des Supraleiters auf der Magnetbahn Der Antrieb Die Rennautos durchfahren eine Strecke von Magnetspulen. Jede Spule wird durch eine Lichtschranke ausgelöst und erhält kurzfristig einen Strom von mehreren Ampere, sobald das Auto durch sie hindurchfährt. Das Magnetfeld jeder Spule stößt das Auto ein Stück voran. Der Antrieb durch Magnetspulen Der Supraleiter Yttrium-Barium-Kuprat gehört zur Klasse der "Hochtemperatursupraleiter". Das Material wurde 1987 entdeckt. Es hat eine schichtartige Kristallstruktur. Die Supraleitung findet fast ausschließlich in den Kupferoxidebenen statt. Die verwendeten "schmelztexturierten" Proben sind nahezu einkristallin; die Kupferoxidebenen verlaufen dabei parallel zur Bodenplatte. Kristallstruktur von Yttrium-Barium-Kupferoxid KS_Modellbahn_02_2.PDF Hochschule: Universit ät Tübingen Institut: Physikalisches Institut-Experimentalphysik II Unter Leitung von: Prof. Dr. Reinhold Kleiner und Prof. Dr. Dieter Kölle Kontakt: http://www .pit.physik.uni-tuebingen.de/PIT-II.html Interessante Webseiten: http://www .pit.physik.uni-tuebingen.de/PIT-II/DE/index.html und dort auf "Physik zum Anfassen"
