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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)一個磁體和一個處于超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)體相互靠近時，磁體的磁場會使超導(dǎo)體表面中出現(xiàn)超導(dǎo)電流。此超導(dǎo)電流形成的磁場，在超導(dǎo)體內(nèi)部，恰好和磁體的磁場大小相等，方向相反。這兩個磁志抵消，使超導(dǎo)體內(nèi)部的磁感應(yīng)強度為零，B=0，即超導(dǎo)體排斥體內(nèi)的磁場。
1933年德國物理學(xué)家邁斯納（W.Meissner）和奧森菲爾（R.Ochsebfekd）對錫單晶球超導(dǎo)體做磁場分布測量時發(fā)現(xiàn)，在小磁場中把金屬冷卻進入超導(dǎo)態(tài)時，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，體內(nèi)的磁場恒等于零。
超導(dǎo)體一旦進入超導(dǎo)狀態(tài)，體內(nèi)的磁通量將全部被排出體外，磁感應(yīng)強度恒為零，且不論對導(dǎo)體是先降溫后加磁場，還是先加磁場后降溫，只要進入超導(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，外加磁場無法進入或（嚴格說是）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，在磁場作用下，表面產(chǎn)生一個無損耗感應(yīng)電流。這個電流產(chǎn)生的磁場恰恰與外加磁場大小相等、方向相反，因而總合成磁場為零。換句話說，這個無損耗感應(yīng)電流對外加磁場起著屏蔽作用，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。
因為對于電阻率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，由此可知在加磁場前后理想導(dǎo)體體內(nèi)磁感應(yīng)強度不發(fā)生變化，即B=C≠0，C為加入磁場前導(dǎo)體體內(nèi)的磁感應(yīng)強度。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實驗，在一個淺平的錫盤中，放入一個體積很小磁性很強的永久磁鐵，然后把溫度降低，使錫出現(xiàn)超導(dǎo)性。這時可以看到，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，磁場發(fā)生畸變，便產(chǎn)生了一個向上的浮力。
進一步的研究表明：處于超導(dǎo)態(tài)的物體，外加磁場之所以無法穿透它的內(nèi)部，是因為在超導(dǎo)體的表面感生一個無損耗的抗磁超導(dǎo)電流，這一電
流產(chǎn)生的磁場，恰巧抵消了超導(dǎo)體內(nèi)部的磁場。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)象是實驗上判定一個材料是否為超導(dǎo)體的兩大要素。
邁斯納效應(yīng)指明了超導(dǎo)態(tài)是一個熱力學(xué)平衡狀態(tài)，與如何進入超導(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)的兩個相互獨立，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)用到各個領(lǐng)域，人類對超導(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)的實用前景似乎既近既遠，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，在電子器件上的應(yīng)用，近幾年將會在市場上出現(xiàn)。遠者，人們會看到例如在微波通訊、計算機器件、儲能及平衡電網(wǎng)方面的應(yīng)用。在總結(jié)超導(dǎo)電性的同時，本文將就超導(dǎo)材料的應(yīng)用作簡要的介紹。
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，電阻會突然消失，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，皆顯現(xiàn)出某些共同特征。
1.1 電阻為零。一個超導(dǎo)體環(huán)移去電源之后，還能保持原有的電流。有人做過實驗，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年德國物理學(xué)家邁斯納等人在實驗中發(fā)現(xiàn)的，只要超導(dǎo)材料的溫度低于臨界溫度而進入超導(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電流的性質(zhì)。工業(yè)、國防、科研上用的大功率發(fā)電機、電動機如能實現(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的探測元件和用于高速運行的計算機元件。用這種探測器制造的超導(dǎo)量子干涉磁強計可以測量地球磁場幾十億分之一的變化，也能測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)材料在強電方面的應(yīng)用
超導(dǎo)材料（超導(dǎo)線圈）在強電方面的主要應(yīng)用包括：用于高能物理受控?zé)岷朔磻?yīng)和凝聚態(tài)物理研究的強場磁體；用于核磁共振裝置上以提供1~10T的均勻磁場以及核磁共振層次掃描；用于制造發(fā)電機和電動機線圈；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)可以得到標準電壓，可以制造出超導(dǎo)量子干涉儀，進而用于生物磁學(xué)。另外約瑟夫森結(jié)在計算機應(yīng)用上的還有著巨大潛力，我們可以制造出速度更快的計算機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)將會越來越廣泛地造福人類。在21世紀，超導(dǎo)電技術(shù)將會變得更為重要，超導(dǎo)材料的應(yīng)用將會越來越廣泛。
篇三：1 超導(dǎo)體的性質(zhì)
1911年夏天，當(dāng)昂納斯的兩個研究生在做低溫實驗時，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)轟動了全世界的科學(xué)家，大家紛紛想要揭開超導(dǎo)的奧秘，因為只有了解了超導(dǎo)現(xiàn)象的微觀機理，才能使它為人類作出更大的貢獻。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·庫珀組成了一個探索超導(dǎo)現(xiàn)象微觀機理的研究小組，開始朝這一神秘的領(lǐng)域進發(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。這一理論也以他們姓氏的頭一個字母命名，稱為“BCS理論”。
在很長一段時間內(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實驗室傳來了激動人心的消息：鋇鑭銅氧化物的臨界溫度達到30K。根據(jù)BCS理論，超導(dǎo)最高臨界溫度不會超過40K，而現(xiàn)在卻早已遠遠地超過了這一極限，必須尋找新的理論。美國物理學(xué)家菲利普·安德森也提出了一個新的超導(dǎo)理論，他一反“庫珀對”的常規(guī)，認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。中國復(fù)旦大學(xué)的陶瑞寶也提出了一個超導(dǎo)的激子滲流理論，這一理論認為，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，電子就會繞過晶體中的點陣，沿電子波迭加的方向運動，不會產(chǎn)生阻力，由此便產(chǎn)生了超導(dǎo)現(xiàn)象。
超導(dǎo)現(xiàn)象真正的微觀機理還是一個謎，解開這個謎將是人類的又一大進步。
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世紀末，低溫技術(shù)獲得了顯著的進展，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，液化點也就是我們所說的常壓下沸點是-183℃（90K）。隨后人們又液化了液化溫度是-196℃的氮氣。1898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，從而達到一個新的低溫區(qū)（4.2K以下），他在這樣的低溫區(qū)內(nèi)測量各種純金屬的電阻率。
1911年夏天，當(dāng)昂納斯的兩個研究生在做低溫實驗時，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驗，發(fā)現(xiàn)水銀在4.1K時（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)做實驗，九百安培的電流在鉛環(huán)中流動不止，兩年半以后仍舊毫無衰減。
1932年霍爾姆和卡茂林－昂尼斯都在實驗中發(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)放在磁場中,突然撤去磁場,在環(huán)內(nèi)就會出現(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；因此電流會毫不衰減地維持下去。這種“持續(xù)電流”已在多次實驗中觀察到。測量超導(dǎo)環(huán)中持續(xù)電流變化的實驗給出，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。這個實驗結(jié)果表明超導(dǎo)體的電阻率確實是零。
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BC——對于超導(dǎo)體，只有當(dāng)外加磁場小于某一量值時，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)。這一磁場值稱為臨界磁場BC（臨界磁感應(yīng)強度），有時用HC（臨界磁場強度）表示。臨界磁場與溫度的關(guān)系為
HC＝Ho[1-(T/Tc)2]式中Ho為0K時的臨界磁場。
同樣，超導(dǎo)體也存在一臨界電流IC。
零電阻測試裝置:
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行測量。
2、邁斯納效應(yīng)（理想抗磁性）：
這是超導(dǎo)體的另一個特征。1933年德國物理學(xué)家邁斯納（W.Meissner）和奧森菲爾德（R.Ochsebfekd）對錫單晶球超導(dǎo)體做磁場分布測量時發(fā)現(xiàn)，在小磁場中把金屬冷卻進入超導(dǎo)態(tài)時，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,體內(nèi)的磁場恒等于零。
這說超導(dǎo)體不是電阻無限小的理想導(dǎo)體。
因為對于電阻率ρ無限小的理想導(dǎo)體，根據(jù)J＝σＥ＝Ｅ／ρ，當(dāng)ρ為０時，Ｅ必須為０才能使Ｊ保持有限。這就是說對理想導(dǎo)體在沒有電場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，勢必B0，磁感應(yīng)強度Ｂ不隨時間變化，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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