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超导电性

发布时间:2013-09-02

超导电性

某些物质在一定温度条件下电阻降为零的性质。1911年荷兰物理学家H·卡末林·昂内斯发现汞在温度降至4.2K附近时突然进入一种新状态,其电阻小到实际上测不出来,他把汞的这一新状态称为超导态。以后又发现许多其他金属也具有超导电性。低于某一温度出现超导电性的物质称为超导体。本文准备为大家讲解超导电性的知识,希望大家一起来学习
超导电性
超导电性


主要性质

超导体的主要性质表现为: 

①超导体进入超导态时,其电阻率实际上等于零。从电阻不为零的正常态转变为超导态的温度称为超导转变温度或超导临界温度,用Tc 表示。

②外磁场可破坏超导态。只有当外加磁场小于某一量值Hc时才能维持超导电性,否则超导态将转变为正常态,Hc 称为临界磁场强度。Hc 与温度的关系为Hc≈H0〔1-(T/Tc)2〕,H0 是T=0K时的临界磁场强度。

③超导体内的电流强度超过某一量值Ic 时,超导体转变为正常导体,Ic称为临界电流。

④不论开始时有无外磁场,只有T<Tc,超导体变为超导态后,体内的磁感应强度恒为零,即超导体能把磁力线全部排斥到体外,具有完全的抗磁性。此现象首先由W.迈斯纳和R.奥克森菲尔德两人于1933年发现,称为迈斯纳效应。一个小的永久磁体降落到超导体表面附近时,由于永久磁体的磁感线不能进入超导体,在永久磁体与超导体间产生排斥力,使永久磁体悬浮于超导体上。
超导电性
超导电性

第一类和第二类超导体

超导体分第一类(又称Pippard超导体或软超导体)和第二类(又称London 超导体或硬超导体)两种。在已发现的超导元素中只有钒、铌和锝属第二类超导体,其他元素均为第一类超导体,但大多数超导合金则属于第二类超导体。第一类超导体只存在一个临界磁场Hc,当外磁场H<Hc时,呈现完全抗磁性,体内磁感应强度为零。第二类超导体具有两个临界磁场,分别用HC1(下临界磁场)和HC2(上临界磁场)表示。当外磁场H<HC1时,具有完全抗磁性,体内磁感应强度处处为零。外磁场满足HC1&lt;H&lt;HC2时,超导态和正常态同时并存,磁力线通过体内正常态区域,称为混合态或涡旋态。外磁场H增加时,超导态区域缩小,正常态区域扩大,H≥HC2时,超导体全部变为正常态。

应用

超导电性具有重要的应用价值,如利用在临界温度附近电阻率随温度快速变化的规律可制成灵敏的超导温度计;利用超导态的无阻效应可传输强大的电 
流,以制造超导磁体、超导加速器、超导电机等;利用超导体的磁悬浮效应可制造无摩擦轴承、悬浮列车等;利用约瑟夫森效应制造的各种超导器件已广泛用于基本常数、电压和磁场的测定、微波和红外线的探测,及电子学领域。高临界温度超导材料的出现必将大大扩展超导电性的应用前景。

超导体最理想的应用是在城市商业用电输送系统当中充当电缆带材。然而由于费用过高和冷却系统难以达到现有要求导致无法实用化,但现在已经有部分地点进行了试运行。2001年五月,丹麦首都哥本哈根大约150,000居民使用上了由超导材料传送的生活用电。

超导体还可用来制作超导磁体,于常规磁体相比,它没有焦耳热,无需冷却;轻便:一个5T的常规磁体重达20t而超导磁体不过几千克;稳定性好、均匀度高;易于启动,能长期运转。

超导磁体也使得制造能将亚粒子加速到接近光速的粒子对撞机成为可能。

超导材料还可应用于超导直流电机、变压器以及磁流体发电机,将显著提高能效并显著减轻重量以及体积。此外超导计算机、超导储能线圈、核磁共振成像、超导量子干涉仪(SQUID)、开关器件、高性能滤波器、军事上的超导纳米微波天线,电子炸弹、超导X射线检测仪、超导光探测器以及160 Ghz的超导数字路由器等这都是非常诱人的应用项目。

经过本文的具体讲解后,大家是否更加了解超导电性了呢?希望大家一起好好学习,对你们的工作和生活有所帮助,投身于社会发展的实践中去吧!为美好的未来而努力发展科技。

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