超导电力技术_基础部分
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9
带电粒子在外电磁场及外场中的薛定谔方程为
i 1 [i qA]2 q(r,t) V (r)
t 2m
其中， A和V为矢量位和标量位，q为电荷量
A B
V E
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
10
库珀对-一对电子之间“净”引力
+Q
FQe^
FQe
e-
FQe FQe^ e-
f21
FQe//
S1 I S2
i 1
t
2
eV1
i 2
t
1
eV 2
V
n1 t
2in1
1
t
2ir
n n ei(2 1) 12
i
2eV
n1
虚部
（1）
2
t
n1 n2
cos(1
2)
eV h
1
t
n2 n1
cos(2
1)
eV
2eV
( 2 1 ) 2eV
t
代入（1）取实部 J J0 sin( t)
i 1 n1 ei1 i 2 n1 t
n1 ei1 i
1 t
n2 ei2
实部
n1 t
2in1
1
t
2i
n n ei(2 1 ) 12
n1 2
t
n1n2 sin(2 1)
J J 0 sin( 2 1 )
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
17
Hale Waihona Puke Baidu
约瑟夫逊（Josephson）效应-AC 效应
-Eq +E q -Eq +Eq
QJ I 2 Rt cmT Eq Eq 0 I 0, t 0,
只有R=0 超导电性
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
12
Meisnner EffectB=0
J
2ev dr *
J
n
exp(i)2e(i
2e
A)
mm
n exp(i)dx
p
mv
1 电子云电中心
f12 FQe//
2 电子云电中心
如果 f12<FQe//，两个同性电荷中心之间存在“等效”的“净”引力
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
11
BCS-Theory Cooper pairs R=0?
电子（载流子） 离子实（原子核）
...
...
...
...
...
...
ET=Eq-Eq
若超导电流密度JS为稳定（直流）超导电流密度， 则，E=0, 由欧姆定律JS=E,所以只有，也就 是电阻率＝0。 反之，E不为零
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
8
BCS-Theory Cooper pairs R=0?
最难解释：用到量子力学波函数概概念
Fermi- Dirac and Bose-Einstein Distribution
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
18
SQUID-Superconducting Quantum Interference Device
I
S J
S J
F0
h 2e
2.07 1015(T
m2 )
F
Quanta flux
I
J
J0 sin(0
e F)
Bx
m
0n(2e)2
x
B(x) B0e
-penetrated depth 10-8m;
jy
B0
0
x
e
x
j0e
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
14
0
0
B(x)/B ,J(x)/j
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0
1
2
3
4
5
6
x/
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
15
宏观上超导体内B=0, J=0
超导技术电力应用基础
4
电流 电阻 焦耳热 温度 -宏观
焦耳热
温度
F 斥力-强相互作用
QJ I 2Rt cmT
0
r
电流 电阻 焦耳热 温度-微观
电子（载流子） 离子实（原子核）
...
v1 ...
...
...
... 非弹性散射 ... v2
引力-电磁相互作用
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
超导技术在电力系统中的应用
王银顺 华北电力大学电气与电子工程学院
2016年03月
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
1
报告内容
超导电性简介 实用超导材料介绍 低温容器及制冷简介 小结
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
2
一 超导简介
超导体具有零电阻：R=0 超导电工/电力 完全抗磁性 Meissner effect：B=0 超导磁悬浮 宏观量子效应 Josephson 效应 超导电子学
2eA
2ne
(
2eA)
m
量子化得
J
4ne2
A
4ne2
B
v
i
2e
A
m
m
mm
B 0 J
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
13
Meisnner Effect-B=0
z
B0
4ne2 4ne2
J A B
m
m
y x
2B
40ne2
B
m
2B
1
B
2
d 2Bx dx2
1
2
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
3
电流 电阻 焦耳热 温度 -宏观
电流
I
Q t
i 1
qi
t
dQ
dt
(discontinue) （continue）
V
q
E
电阻
V
R
I dV
di
(linear) (non-linear)
linear
V Non-linear
s
0
I0
I
2020年4月19日
1.2
1.0
0
0
B(x)/B ,J(x)/j
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0 0
10
20
30
40
50
x/
B(x)
B=0
J(x)
J=0
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
16
约瑟夫逊（Josephson）效应-DC 效应
S1 I S2
i 1
t
2
1 n1 ei1
i 2
t
1
2 n2 ei2
QJ I 2Rt cmT
出现电阻-
cmT R
I 2t
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
7
二流体模型 R=0?
导电电子=超导电子+正常电子 n nS nN
J N nN eN N
J JS JN
J S nS eS S
牛顿第二定律
JS nSeS2 E t mS
mS
dvS dt
eS E
5
电流 电阻 焦耳热 温度-微观
非弹性散射
电子损失能量
Eq
1 2
mqV12
1 2
mqV22
原子核获得能量
EQ
Eq
1 2
mqV12
1 2
mqV22
原子核振动加剧-运动混乱程度加剧
平衡位置
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
6
电流 电阻 焦耳热 温度-微观
温度定义：描述微观粒子运动混乱程度
所以温度升高，T>0 依据
1 fF (E) e(E) / kBT 1
1 fB (E) e(E) / kBT 1
Shrödinger Equaion
2 2m
(12
2 2
)
V
(r1,
r2 )
E
E
E 2ECe2/ NFV
e-
e-
f
2020年4月19日
Cooper pairs （库珀对）
0
超导技术电力应用基础
Minimum energy state p
带电粒子在外电磁场及外场中的薛定谔方程为
i 1 [i qA]2 q(r,t) V (r)
t 2m
其中， A和V为矢量位和标量位，q为电荷量
A B
V E
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
10
库珀对-一对电子之间“净”引力
+Q
FQe^
FQe
e-
FQe FQe^ e-
f21
FQe//
S1 I S2
i 1
t
2
eV1
i 2
t
1
eV 2
V
n1 t
2in1
1
t
2ir
n n ei(2 1) 12
i
2eV
n1
虚部
（1）
2
t
n1 n2
cos(1
2)
eV h
1
t
n2 n1
cos(2
1)
eV
2eV
( 2 1 ) 2eV
t
代入（1）取实部 J J0 sin( t)
i 1 n1 ei1 i 2 n1 t
n1 ei1 i
1 t
n2 ei2
实部
n1 t
2in1
1
t
2i
n n ei(2 1 ) 12
n1 2
t
n1n2 sin(2 1)
J J 0 sin( 2 1 )
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
17
Hale Waihona Puke Baidu
约瑟夫逊（Josephson）效应-AC 效应
-Eq +E q -Eq +Eq
QJ I 2 Rt cmT Eq Eq 0 I 0, t 0,
只有R=0 超导电性
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
12
Meisnner EffectB=0
J
2ev dr *
J
n
exp(i)2e(i
2e
A)
mm
n exp(i)dx
p
mv
1 电子云电中心
f12 FQe//
2 电子云电中心
如果 f12<FQe//，两个同性电荷中心之间存在“等效”的“净”引力
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
11
BCS-Theory Cooper pairs R=0?
电子（载流子） 离子实（原子核）
...
...
...
...
...
...
ET=Eq-Eq
若超导电流密度JS为稳定（直流）超导电流密度， 则，E=0, 由欧姆定律JS=E,所以只有，也就 是电阻率＝0。 反之，E不为零
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
8
BCS-Theory Cooper pairs R=0?
最难解释：用到量子力学波函数概概念
Fermi- Dirac and Bose-Einstein Distribution
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
18
SQUID-Superconducting Quantum Interference Device
I
S J
S J
F0
h 2e
2.07 1015(T
m2 )
F
Quanta flux
I
J
J0 sin(0
e F)
Bx
m
0n(2e)2
x
B(x) B0e
-penetrated depth 10-8m;
jy
B0
0
x
e
x
j0e
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
14
0
0
B(x)/B ,J(x)/j
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0
1
2
3
4
5
6
x/
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
15
宏观上超导体内B=0, J=0
超导技术电力应用基础
4
电流 电阻 焦耳热 温度 -宏观
焦耳热
温度
F 斥力-强相互作用
QJ I 2Rt cmT
0
r
电流 电阻 焦耳热 温度-微观
电子（载流子） 离子实（原子核）
...
v1 ...
...
...
... 非弹性散射 ... v2
引力-电磁相互作用
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
超导技术在电力系统中的应用
王银顺 华北电力大学电气与电子工程学院
2016年03月
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
1
报告内容
超导电性简介 实用超导材料介绍 低温容器及制冷简介 小结
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
2
一 超导简介
超导体具有零电阻：R=0 超导电工/电力 完全抗磁性 Meissner effect：B=0 超导磁悬浮 宏观量子效应 Josephson 效应 超导电子学
2eA
2ne
(
2eA)
m
量子化得
J
4ne2
A
4ne2
B
v
i
2e
A
m
m
mm
B 0 J
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
13
Meisnner Effect-B=0
z
B0
4ne2 4ne2
J A B
m
m
y x
2B
40ne2
B
m
2B
1
B
2
d 2Bx dx2
1
2
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
3
电流 电阻 焦耳热 温度 -宏观
电流
I
Q t
i 1
qi
t
dQ
dt
(discontinue) （continue）
V
q
E
电阻
V
R
I dV
di
(linear) (non-linear)
linear
V Non-linear
s
0
I0
I
2020年4月19日
1.2
1.0
0
0
B(x)/B ,J(x)/j
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0 0
10
20
30
40
50
x/
B(x)
B=0
J(x)
J=0
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
16
约瑟夫逊（Josephson）效应-DC 效应
S1 I S2
i 1
t
2
1 n1 ei1
i 2
t
1
2 n2 ei2
QJ I 2Rt cmT
出现电阻-
cmT R
I 2t
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
7
二流体模型 R=0?
导电电子=超导电子+正常电子 n nS nN
J N nN eN N
J JS JN
J S nS eS S
牛顿第二定律
JS nSeS2 E t mS
mS
dvS dt
eS E
5
电流 电阻 焦耳热 温度-微观
非弹性散射
电子损失能量
Eq
1 2
mqV12
1 2
mqV22
原子核获得能量
EQ
Eq
1 2
mqV12
1 2
mqV22
原子核振动加剧-运动混乱程度加剧
平衡位置
2020年4月19日
超导技术电力应用基础
6
电流 电阻 焦耳热 温度-微观
温度定义：描述微观粒子运动混乱程度
所以温度升高，T>0 依据
1 fF (E) e(E) / kBT 1
1 fB (E) e(E) / kBT 1
Shrödinger Equaion
2 2m
(12
2 2
)
V
(r1,
r2 )
E
E
E 2ECe2/ NFV
e-
e-
f
2020年4月19日
Cooper pairs （库珀对）
0
超导技术电力应用基础
Minimum energy state p