Schwebebahn für supraleitende Rennautos

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"