电子材料作业

思考与讨论

材研1402 杨润洲2014200330

1、超导体分几类，有几种状态，各是什么状态？

答：超导体的分类并没有统一的标准，通常的分类方法有以下几种：

①通过材料对于磁场的响应可以把它们分为第一类超导体和第二

类超导体：第一类超导材料仅有超导态一种状态；而第二类超导材料存在超导态、混合态和正常态三种状态。注：超导态表现完全的抗磁性；混合态表明物体内有磁场，表现出磁通性；正常态磁通只是部分被排出。

②通过解释的理论不同可以把它们分为：传统超导体和非传统超

导体；

③通过材料达到超导的临界温度可以把它们分为高温超导体和低

温超导体；

④通过材料可以将它们分为化学材料超导体比如：铅和水银；合

金超导体比如：铌钛合金；氧化物超导体,比如钇钡铜氧化物；有机超导体,比如：碳纳米管。

2、测量电流为什么必须反向，不反向会发生什么问题？

答：在直流低电势测量中，由于构成电路的各部件和导线材料存在不均匀性和温差，即使电路没有外电源，仍然会有温差电动势存在，它不随电流的反向而改变，实验中必须将电流反向以检测是否有温差电动势的影响，电流反向时，如果超导样品电压不变，则证明超导体电阻为零；仪器灵敏度越高，则以上判定越准确，测量精度就越高。

3、什么事迈斯纳效应？

答：迈斯纳（Miesser）效应又叫完全抗磁性, 1933年，迈斯纳（W.Meissner）和奥森菲尔德（R.Ochsebfekd）发现，超导体一旦进入超导状态，体内的磁通量将全部被排出体外，磁感应强度恒为零，且不论对导体是先降温后加磁场，还是先加磁场后降温，只要进入超

导状态，超导体就把全部磁通量排出体外。当样品处于超导态时，体内的磁感应强度总是等于零，磁感应线完全被排出体外。即B=B0+μ0M=0。由此求得金属在超导电状态的磁化率为χ=μ0M/B0= 1, 是负值。以上B0是外加磁场H在真空中的磁感应强度。所以说, 超导体是一个“完全抗磁体”，超导体的完全抗磁性称为迈斯纳效应。

4、进入超导态的物质有哪两种特性？

答：①零电阻②完全逆磁性

5、什么是高温超导材料？

答：具有高临界转变温度（Tc）能在液氮温度条件下工作的超导材料称为高温超导材料。因主是氧化物材料，故又称高温氧化物超导材料。注：临界转变温度为物质由常态转变为超导态的温度。

6、试比较理想导体与超导体的区别？

答：理想导体内部电磁场为0，表面是个等电位面。理想导体的电磁场为零是因为电场产生的磁场由于导体表面电荷的均匀排布而相互抵消，合场强为0，而不是真的没有磁场。因此，根据这个可以用金属罩进行电磁屏蔽，防止外部磁场对内部电子设备的干扰。而超导体就是导电时电阻为0，即没有电阻，没有电能消耗，超导体内部无磁通。

7、举例说明超导的应用（可自己设计一些应用）？

答：①超导材料的完全抗磁性可用于超导磁悬浮系统，利用列车内超导磁体产生的磁场和电流之间的交换作用，产生向上的浮力，使列车高速而无噪声。

②超导电机的单机输出功率比常规电机提高10-100倍，超导

磁体的重量也可以大大减小，因此可大量节省电源。

8、用你所掌握的知识分析实验中出现的一些现象（如温差电势及接触电势）？

答：①温差电势，又称汤姆逊电势，是一根导体上因两端温度不同而产生的热电动势。当同一根导体的两端温度不同时，在导体内部

两端的自由电子相互扩散的速率不同，高温端的电子数跑到低温端的电子数比低温端跑到高温端的电子数要多，结果使高温端因失去电子而带正电荷，低温端因得到电子而带负电荷，这样在高、低温端之间形成一个由高温端指向低温端的静电场。该电场阻止电子从高温端向低温端扩散，最后达到动态平衡状态，此时在导体上产生一个相应的电位差，称该电位差为温差电势。此电势只与导体性质和导体两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿导体长度上的温度分布无关。两种不同的金属接触，如果两个触点间有一定温度差时，则产生温差电势。

实验中根据温差电势现象，选用温差电势大的金属，可以组成热电偶用来测量温度和高频电流。此外，温度升高，会使金属电阻增大；合金元素和杂质也会使金属电阻增大；机械加工也会使电阻增大；电流频率升高，金属产生屈服效应，导体的交流电阻也增大。

②接触电势：两块不同的金属导体A和B相互接触，由于金属的费米能级不同，相互接触时发生电子交换，达到平衡后，两块金属中产生接触电势差。由于两块金属的费米能级不一样高，由于费米能级代表着电子的化学势，当两块金属接触可以交换电子时，就会发生从化学势高到化学势低的电子流动，从而产生接触电势。两个导体依靠产生接触电势差补偿原来它们之间费米能级的差别，从而使电子达到统计平衡。实验中利用接触电势测定未知金属或合金的费米能级。

9、超导体的零电阻现象是如何测量的？

答：将输入的电流反向，如果输出的电压不变，就认为是零电阻了。因为在测量的室温和超导体的低温之间连接导线会构成热电偶，产生一定的电压，这个电压是不会因为电流反向而改变的。

10、试分析超导体零电阻现象？

答：电子同晶格相互作用，在常温下形成导体的电阻，但在超低温下，这种相互作用是产生电子对的原因。温度越低，所产生的这种电子对越多，超导电子对不能相互独立的运动。当某一电子对收到扰

动时，就要涉及这个电子对所在空间范围内的其他电子对。这个空间范围内的所有电子对，在动量上彼此关联成为有序的集体。因此，超导电子对在运动时就不像正常电子那样，被晶体缺陷和晶格震动散射而产生电阻，从而呈现电阻消失现象。