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超導(dǎo)材料具有什么特性意義
篇一：超導(dǎo)體特性
當(dāng)一個(gè)磁體和一個(gè)處于超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)體相互靠近時(shí)，磁體的磁場(chǎng)會(huì)使超導(dǎo)體表面中出現(xiàn)超導(dǎo)電流。此超導(dǎo)電流形成的磁場(chǎng)，在超導(dǎo)體內(nèi)部，恰好和磁體的磁場(chǎng)大小相等，方向相反。這兩個(gè)磁志抵消，使超導(dǎo)體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，B=0，即超導(dǎo)體排斥體內(nèi)的磁場(chǎng)。
1933年德國(guó)物理學(xué)家邁斯納（W.Meissner）和奧森菲爾（R.Ochsebfekd）對(duì)錫單晶球超導(dǎo)體做磁場(chǎng)分布測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，在小磁場(chǎng)中把金屬冷卻進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)時(shí)，體內(nèi)的磁力線一下被排出，磁力線不能穿過它的體內(nèi)，也就是說超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，體內(nèi)的磁場(chǎng)恒等于零。
超導(dǎo)體一旦進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，體內(nèi)的磁通量將全部被排出體外，磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為零，且不論對(duì)導(dǎo)體是先降溫后加磁場(chǎng)，還是先加磁場(chǎng)后降溫，只要進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，超導(dǎo)體就把全部磁通量排出體外。
此外，超導(dǎo)體還是完全的抗磁體，外加磁場(chǎng)無法進(jìn)入或（嚴(yán)格說是）大范圍地存在于超導(dǎo)體內(nèi)部，這是超導(dǎo)體的另一個(gè)基本特性。 原理
產(chǎn)生邁斯納效應(yīng)的原因是：當(dāng)超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，在磁場(chǎng)作用下，表面產(chǎn)生一個(gè)無損耗感應(yīng)電流。這個(gè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)恰恰與外加磁場(chǎng)大小相等、方向相反，因而總合成磁場(chǎng)為零。換句話說，這個(gè)無損耗感應(yīng)電流對(duì)外加磁場(chǎng)起著屏蔽作用，因此稱它為抗磁性屏蔽電流。
超導(dǎo)體不是電阻無限小的理想導(dǎo)體。
因?yàn)閷?duì)于電阻率ρ無限小的理想導(dǎo)體，根據(jù)歐姆定律E=ρJ，若ρ=0，則由麥克斯韋方程組▽×E=-δB/δt=0，由此可知在加磁場(chǎng)前后理想導(dǎo)體體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度不發(fā)生變化，即B=C≠0，C為加入磁場(chǎng)前導(dǎo)體體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。而超導(dǎo)體的邁斯納效應(yīng)要求超導(dǎo)體內(nèi)B=0。
后來人們還做過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在一個(gè)淺平的錫盤中，放入一個(gè)體積很小磁性很強(qiáng)的永久磁鐵，然后把溫度降低，使錫出現(xiàn)超導(dǎo)性。這時(shí)可以看到，小磁鐵竟然離開錫盤表面，飄然升起，與錫盤保持一定距離后，便懸空不動(dòng)了。這是由于超導(dǎo)體的完全抗磁性，使小磁鐵的磁力線無法穿透超導(dǎo)體，磁場(chǎng)發(fā)生畸變，便產(chǎn)生了一個(gè)向上的浮力。
進(jìn)一步的研究表明：處于超導(dǎo)態(tài)的物體，外加磁場(chǎng)之所以無法穿透它的內(nèi)部，是因?yàn)樵诔瑢?dǎo)體的表面感生一個(gè)無損耗的抗磁超導(dǎo)電流，這一電
流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，恰巧抵消了超導(dǎo)體內(nèi)部的磁場(chǎng)。這一發(fā)現(xiàn)非常有意義，在此之后，人們用邁斯納效應(yīng)來判別物質(zhì)是否具有超導(dǎo)性。
邁斯納效應(yīng)和零電阻現(xiàn)象是實(shí)驗(yàn)上判定一個(gè)材料是否為超導(dǎo)體的兩大要素。
邁斯納效應(yīng)指明了超導(dǎo)態(tài)是一個(gè)熱力學(xué)平衡狀態(tài)，與如何進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的途徑無關(guān)，超導(dǎo)態(tài)的零電阻現(xiàn)象和邁斯納效應(yīng)是超導(dǎo)態(tài)的兩個(gè)相互獨(dú)立，又相互聯(lián)系的基本屬性。單純的零電阻并不能保證邁斯納效應(yīng)的存在，但零電阻效應(yīng)又是邁斯納效應(yīng)的必要條件。因此，衡量一種材料是否是超導(dǎo)體，必須看是否同時(shí)具備零電阻和邁斯納效應(yīng)。
另外，科學(xué)家根據(jù)“邁斯納效應(yīng)”的原理，應(yīng)用于超導(dǎo)列車和超導(dǎo)船
篇二：超導(dǎo)材料的特性及應(yīng)用
摘要：作為一種新型材料，超導(dǎo)材料越來越廣泛地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，人類對(duì)超導(dǎo)電性及其應(yīng)用將越來越重視。超導(dǎo)材料的應(yīng)用有著巨大的潛力和發(fā)展前景，這是不容置疑的。超導(dǎo)的實(shí)用前景似乎既近既遠(yuǎn)，近者，在人類的生活中已得到了超導(dǎo)電技術(shù)帶來的好處，如醫(yī)用的核磁共振成像的超導(dǎo)磁體；同時(shí)，在電子器件上的應(yīng)用，近幾年將會(huì)在市場(chǎng)上出現(xiàn)。遠(yuǎn)者，人們會(huì)看到例如在微波通訊、計(jì)算機(jī)器件、儲(chǔ)能及平衡電網(wǎng)方面的應(yīng)用。在總結(jié)超導(dǎo)電性的同時(shí)，本文將就超導(dǎo)材料的應(yīng)用作簡(jiǎn)要的介紹。
1、 超導(dǎo)材料的超導(dǎo)特性
導(dǎo)體在溫度下降到某一值時(shí)，電阻會(huì)突然消失，即零電阻，這一現(xiàn)象稱為“超導(dǎo)現(xiàn)象”，將具有超導(dǎo)性的物質(zhì)，稱為超導(dǎo)體，超導(dǎo)體如鈦、鋅、鉈、鉛、汞等，在超導(dǎo)狀態(tài)，當(dāng)溫度降至溫度（超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度）時(shí)，皆顯現(xiàn)出某些共同特征。
1.1 電阻為零。一個(gè)超導(dǎo)體環(huán)移去電源之后，還能保持原有的電流。有人做過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)環(huán)中的電流持續(xù)了二年半而無顯著衰減。
1.2 完全抗磁性。這一現(xiàn)象是1933年德國(guó)物理學(xué)家邁斯納等人在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的，只要超導(dǎo)材料的溫度低于臨界溫度而進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)以后，該超導(dǎo)材料便把磁力線排斥體外，因此其體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度總是零。這種現(xiàn)象稱為“邁斯納效應(yīng)”。
2、超導(dǎo)材料的應(yīng)用
2.1 超導(dǎo)應(yīng)用的巨大潛力
超導(dǎo)態(tài)是物質(zhì)的一種獨(dú)特的狀態(tài)，它的新奇特性，立刻使人想到要將它們應(yīng)用到技術(shù)上。超導(dǎo)體的零電阻效應(yīng)顯示其具有無損耗輸運(yùn)電流的性質(zhì)。工業(yè)、國(guó)防、科研上用的大功率發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)如能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)化，將大大降低能耗并使其小型化。利用超導(dǎo)隧道效應(yīng)，人們可以制造出世界上最靈敏的電磁信號(hào)的探測(cè)元件和用于高速運(yùn)行的計(jì)算機(jī)元件。用這種探測(cè)器制造的超導(dǎo)量子干涉磁強(qiáng)計(jì)可以測(cè)量地球磁場(chǎng)幾十億分之一的變化，也能測(cè)量人的腦磁圖和心磁圖。超導(dǎo)體用于微波器件可以大大改善衛(wèi)星通訊的質(zhì)量。因此，超導(dǎo)體顯示了巨大的應(yīng)用潛力。
2.2 超導(dǎo)材料在強(qiáng)電方面的應(yīng)用
超導(dǎo)材料（超導(dǎo)線圈）在強(qiáng)電方面的主要應(yīng)用包括：用于高能物理受控?zé)岷朔磻?yīng)和凝聚態(tài)物理研究的強(qiáng)場(chǎng)磁體；用于核磁共振裝置上以提供1~10T的均勻磁場(chǎng)以及核磁共振層次掃描；用于制造發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)線圈；用于高速列車上的磁懸浮線圈；用于輪船和潛艇的磁流體和電磁推進(jìn)系統(tǒng)。
2.3 超導(dǎo)材料在弱電方面的應(yīng)用
超導(dǎo)材料在弱電方面的應(yīng)用主要是利用約瑟夫森結(jié)可以得到標(biāo)準(zhǔn)電壓，可以制造出超導(dǎo)量子干涉儀，進(jìn)而用于生物磁學(xué)。另外約瑟夫森結(jié)在計(jì)算機(jī)應(yīng)用上的還有著巨大潛力，我們可以制造出速度更快的計(jì)算機(jī)制造邏輯電路和存貯器。當(dāng)然還有很多有特殊性能的器件。
3、結(jié)語
人類的未來離不開超導(dǎo)電技術(shù)及其技術(shù)的發(fā)展，超導(dǎo)電技術(shù)將會(huì)越來越廣泛地造福人類。在21世紀(jì)，超導(dǎo)電技術(shù)將會(huì)變得更為重要，超導(dǎo)材料的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。
篇三：1 超導(dǎo)體的性質(zhì)
1911年夏天，當(dāng)昂納斯的兩個(gè)研究生在做低溫實(shí)驗(yàn)時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)某些金屬在極低溫環(huán)境中，金屬的電阻突然消失了。這一發(fā)現(xiàn)轟動(dòng)了全世界的科學(xué)家，大家紛紛想要揭開超導(dǎo)的奧秘，因?yàn)橹挥辛私饬顺瑢?dǎo)現(xiàn)象的微觀機(jī)理，才能使它為人類作出更大的貢獻(xiàn)。1955年金秋季節(jié)，巴丁與他的研究生羅伯特·施里弗，以及另一位年輕的博士利昂·庫珀組成了一個(gè)探索超導(dǎo)現(xiàn)象微觀機(jī)理的研究小組，開始朝這一神秘的領(lǐng)域進(jìn)發(fā)。最終創(chuàng)立一套完整的超導(dǎo)微觀理論。他們?nèi)藰s幸地分享了1972年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這一理論也以他們姓氏的頭一個(gè)字母命名，稱為“BCS理論”。
在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，超導(dǎo)材料的臨界溫度都在相當(dāng)?shù)偷臏囟确秶鷥?nèi)徘徊，1986年，從瑞士蘇黎士的IBM實(shí)驗(yàn)室傳來了激動(dòng)人心的消息：鋇鑭銅氧化物的臨界溫度達(dá)到30K。根據(jù)BCS理論，超導(dǎo)最高臨界溫度不會(huì)超過40K，而現(xiàn)在卻早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過了這一極限，必須尋找新的理論。美國(guó)物理學(xué)家菲利普·安德森也提出了一個(gè)新的超導(dǎo)理論，他一反“庫珀對(duì)”的常規(guī)，認(rèn)為電子不是互相吸引而是互相排斥，正是這種排斥才使電子與電子挨近了，結(jié)合了。中國(guó)復(fù)旦大學(xué)的陶瑞寶也提出了一個(gè)超導(dǎo)的激子滲流理論，這一理論認(rèn)為，處于超導(dǎo)態(tài)下的電子具有特殊的能帶結(jié)構(gòu)，這些電子形成的電子波在晶體中互相迭加，當(dāng)在這晶體中通以電流時(shí)，電子就會(huì)繞過晶體中的點(diǎn)陣，沿電子波迭加的方向運(yùn)動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生阻力，由此便產(chǎn)生了超導(dǎo)現(xiàn)象。
超導(dǎo)現(xiàn)象真正的微觀機(jī)理還是一個(gè)謎，解開這個(gè)謎將是人類的又一大進(jìn)步。
1 超導(dǎo)體的性質(zhì)
超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)
超導(dǎo)是某些金屬或合金在低溫條件下出現(xiàn)的一種奇妙的現(xiàn)象。
19世紀(jì)末，低溫技術(shù)獲得了顯著的進(jìn)展，曾一向被視為“永久氣體”的空氣被液化了。1877年氧氣被首先液化，液化點(diǎn)也就是我們所說的常壓下沸點(diǎn)是-183℃（90K）。隨后人們又液化了液化溫度是-196℃的氮?dú)狻?898年杜瓦（J.Dewar）第一次把氫氣變成了液體氫，液化溫度為-253℃，他并發(fā)明了盛放液化氣的容器——杜瓦瓶。
最先發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象的是荷蘭物理學(xué)家卡麥林·昂納斯。1908年卡麥林·昂納斯液化氦（-259℃）成功，從而達(dá)到一個(gè)新的低溫區(qū)（4.2K以下），他在這樣的低溫區(qū)內(nèi)測(cè)量各種純金屬的電阻率。
1911年夏天，當(dāng)昂納斯的兩個(gè)研究生在做低溫實(shí)驗(yàn)時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)某些金屬在極低溫環(huán)境中，金屬的電阻突然消失了。昂納斯接著用水銀做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水銀在4.1K時(shí)（約相當(dāng)于-269℃），出現(xiàn)了這種超導(dǎo)現(xiàn)象；不但純汞，而且加入雜質(zhì)后,甚至汞和錫的合金也具有這種性質(zhì)。他把這種性質(zhì)稱為超導(dǎo)電性。他又用鉛環(huán)做實(shí)驗(yàn)，九百安培的電流在鉛環(huán)中流動(dòng)不止，兩年半以后仍舊毫無衰減。
1932年霍爾姆和卡茂林－昂尼斯都在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隔著極薄一層氧化物的兩塊處于超導(dǎo)狀態(tài)的金屬，沒有外加電壓時(shí)也有電流流過。1933年荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的一個(gè)極為重要的性質(zhì)。
超導(dǎo)體的基本性質(zhì)
1、零電阻效應(yīng)
在超導(dǎo)條件下，電阻等于零是超導(dǎo)體的最顯著的特性。如果將一金屬環(huán)放在磁場(chǎng)中,突然撤去磁場(chǎng),在環(huán)內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)感生電流。金屬環(huán)具有電阻R和電感L。由于焦耳熱損耗,感生電流會(huì)逐漸衰減到零，衰減速度與L和R的比值有關(guān),L/R的值越大，衰減越慢。如果圓環(huán)是超導(dǎo)體，則電阻為零而電感不為零；因此電流會(huì)毫不衰減地維持下去。這種“持續(xù)電流”已在多次實(shí)驗(yàn)中觀察到。測(cè)量超導(dǎo)環(huán)中持續(xù)電流變化的實(shí)驗(yàn)給出，樣品鉛的電阻率小于3.6×10-2歐姆厘米，它比銅在室溫下的電阻率1.6×10-6歐姆厘米還要小4.4×1016倍。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明超導(dǎo)體的電阻率確實(shí)是零。
臨界溫度Tc ——超導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的溫度。
臨界磁場(chǎng)BC——對(duì)于超導(dǎo)體，只有當(dāng)外加磁場(chǎng)小于某一量值時(shí)，才能保持超導(dǎo)電性，否則超導(dǎo)態(tài)即被破壞，而轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)。這一磁場(chǎng)值稱為臨界磁場(chǎng)BC（臨界磁感應(yīng)強(qiáng)度），有時(shí)用HC（臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度）表示。臨界磁場(chǎng)與溫度的關(guān)系為
HC＝Ho[1-(T/Tc)2]式中Ho為0K時(shí)的臨界磁場(chǎng)。
同樣，超導(dǎo)體也存在一臨界電流IC。
零電阻測(cè)試裝置:
零電阻現(xiàn)象可以采用四引線法，通過樣品的電阻隨溫度的變化來進(jìn)行測(cè)量。
2、邁斯納效應(yīng)（理想抗磁性）：
這是超導(dǎo)體的另一個(gè)特征。1933年德國(guó)物理學(xué)家邁斯納（W.Meissner）和奧森菲爾德（R.Ochsebfekd）對(duì)錫單晶球超導(dǎo)體做磁場(chǎng)分布測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，在小磁場(chǎng)中把金屬冷卻進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)時(shí)，體內(nèi)的磁力線一下被排出，磁力線不能穿過它的體內(nèi)，也就是說超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí),體內(nèi)的磁場(chǎng)恒等于零。
這說超導(dǎo)體不是電阻無限小的理想導(dǎo)體。
因?yàn)閷?duì)于電阻率ρ無限小的理想導(dǎo)體，根據(jù)J＝σＥ＝Ｅ／ρ，當(dāng)ρ為０時(shí)，Ｅ必須為０才能使Ｊ保持有限。這就是說對(duì)理想導(dǎo)體在沒有電場(chǎng)Ｅ的條件下仍可以維持穩(wěn)恒的電流密度。
另一方面，按麥克斯韋方程之一
BE t
既然Ｅ恒為０，勢(shì)必B0，磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ不隨時(shí)間變化，或者說，在理想導(dǎo)體中t
磁感應(yīng)通量不可能改變。但邁斯納效應(yīng)與其不一致。
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