超导体论文
超导材料论文
超导材料论文
超导材料是一类在低温下具有零电阻和完全抗磁性的材料,具有巨大的应用潜力。
本文将对超导材料的基本原理、发展历程以及未来应用进行探讨。
首先,超导现象最早是于1911年被荷兰物理学家海克·卡梅林霍斯发现的。
在实验中,他发现当汞降至绝对零度以下时,电阻突然消失。
这一现象被称为超导现象,而这种在低温下电阻突然消失的材料被称为超导体。
超导体的发现引发了科学界对于超导现象的广泛研究,并为超导材料的发展奠定了基础。
随后,超导材料的种类不断丰富,包括铜氧化物、铁基超导体等。
其中,铜氧
化物超导体是目前研究最为深入的一类超导材料,其超导转变温度较高,为液氮温度以下。
这使得铜氧化物超导体在实际应用中具有更大的潜力,例如在磁共振成像、超导电力输电等领域有着广泛的应用前景。
除了在科学研究领域有着重要的应用外,超导材料还在能源、交通、通信等领
域具有广泛的应用前景。
例如,超导电力输电技术可以大大提高电网输电效率,减少能源损耗;超导磁悬浮技术可以应用于高速列车、磁悬浮飞行器等交通工具;超导量子比特技术可以应用于量子计算机领域,提高计算速度和效率。
未来,随着超导材料研究的不断深入,超导技术将在更多领域得到广泛应用。
例如,超导材料在医学领域的应用也备受期待,比如超导磁共振成像技术在医学影像诊断中的应用,将为医学诊断带来革命性的变革。
总之,超导材料作为一种具有巨大应用潜力的材料,其发展前景广阔。
我们有
理由相信,在不久的将来,超导材料将在更多领域发挥重要作用,为人类社会带来更多的科学技术突破和生活便利。
科技小论文:常温超导体
改变世界——常温超导体摘要:火力发电厂可以建造在任何地方,但利用可再生能源的绿色电厂就要谨慎选址了,因为高原上才有强劲的风,沙漠中方能长沐日光,因此要向绿色能源转变,我们面临的最大挑战之一,就是如何跨越数百千米的距离,将这些来自偏远之地的电力输送至城市。
何为超导:超导是指导电材料在温度接近绝对零度的时候,物体分子热运动下材料的电阻趋近于0的性质。
“超导体”是指能进行超导传输的导电材料。
零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。
人类最初发现物体的超导现象是在1911年。
当时荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes,1853~1926)等人发现,某些材料在极低的温度下,其电阻完全消失,呈超导状态。
使超导体电阻为零的温度,叫超导临界温度。
(来自:必应)发明经历:1911年,荷兰莱顿大学的卡茂林-昂尼斯意外地发现,将汞冷却到-268.98℃时,汞的电阻突然消失;后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性,由于它的特殊导电性能,卡茂林-昂尼斯称之为超导态。
卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。
这一发现引起了世界范围内的震动。
在他之后,人们开始把处于超导状态的导体称之为“超导体”。
超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失,被称作零电阻效应。
导体没有了电阻,电流流经超导体时就不发生热损耗,电流可以毫无阻力地在导线中流大的电流,从而产生超强磁场。
(来自:百度百科)常温超导体:室温超导体,即为室温下电阻为零的导电体。
电能因输电线存在电阻而变成热量白白损耗,是远距离电力传输中困扰人们的一大难题。
随着低温超导体被发现,超导电缆逐渐投入应用,但是复杂的制冷设备和加工工艺,依然使输电成本难以降低。
因此,科学家希望能找到一种可以在常温下就实现超导的导电体。
在2014年以前,学术界认为室温超导体是个理想化的概念,现实中基本不可能存在室温超导体,但是,在2014年12月,多家媒体突然报道常温超导被证实。
超导体技术的应用与研究
超导体技术的应用与研究超导体技术是一种新型的材料技术,它的重要性和应用前景不断增加。
它的物理特性极为特殊,包括零电阻、 Meissner 效应、超导态的定量表征等等。
本篇文章将会对超导体技术的应用和研究进行较为深入的探讨。
一、超导体技术在医学中的应用超导体技术在医学成像方面应用较广泛,如 MRI(magnetic resonance imaging)技术。
MRI 技术使用超导体产生的巨大磁场,将人体内的核磁共振现象转化为图像,从而对肌肉、骨骼、脏器等进行检查。
这一技术比 X 光和 CT 排除了任何辐射危险,成为一种安全、非侵入性的医学成像技术。
除此之外,超导体技术还可以应用于磁控靶向癌症治疗等方面,带来了新的治疗选择。
二、超导体技术在能源中的应用超导体技术可以极大地提高能源利用效率,如超导电缆技术。
目前,全球每年电能传输损失约占总电能传输量的 10% 左右。
而超导电缆技术能有效降低电力传输中的能源损失,从而在能源利用上扮演不可忽视的角色。
不过,由于超导器件极低的工作温度需要大量的制冷剂,在应用方面还存在技术成本较高的缺陷。
三、超导体技术在交通中的应用随着科技不断进步,超导体技术在交通领域内有很多新应用。
超导磁悬浮列车技术是其中之一,它可以在超导导体与永磁体之间产生巨大的吸引力,使列车悬浮在轨道上运行,避免与轨道接触的阻力和桥面风的影响,从而可达到更高的运行速度,缩短旅行时间,还能减少污染。
此外,超导技术还可以被应用于电动车辆,提高电池充电效率和边缘状态管理等。
四、超导体技术在物理学中的应用超导体技术具有一些特殊的物理学性质,在量子物理学、凝聚态物理学等领域内有很多应用。
例如,超导体可以用于制造超导磁体,这在获得强磁场方面具有特别重要的应用,如磁约束聚变的实验中组成聚变反应的等离子体被磁场约束,具有较高可靠性。
此外,由于量子纠缠实验的成功,超导体自然的拥有零电阻的状态,可以为量子计算提供更加稳定的量子控制。
超导体发展作文
超导体发展作文在现代科技的广袤星空中,超导体无疑是一颗璀璨夺目的明星。
记得有一次,我有幸参观了一个科技展览,其中关于超导体的展示区域让我流连忘返。
那是一个宽敞而明亮的大厅,陈列着各种与超导体相关的神奇展品。
一进入那个区域,首先映入眼帘的是一个巨大的超导磁悬浮列车模型。
它安静地悬浮在空中,仿佛在向人们诉说着未来交通的无限可能。
凑近一看,那列车的车身线条流畅,造型酷炫。
我心里不禁嘀咕:“这要是真能跑起来,得多快多稳啊!”旁边的展示台上,摆放着一些超导体材料的样本。
它们看起来普普通通,就像一些灰色的小石块或者银色的薄片。
可工作人员介绍说,可别小瞧了这些家伙,它们在特定的低温条件下,就能展现出惊人的超导特性。
我好奇地问工作人员:“这超导体到底有啥厉害的呀?”工作人员笑着解释道:“超导体啊,最大的特点就是电阻为零。
这意味着电流在通过它的时候,不会有能量的损耗。
你想想,咱们现在的电线,电流通过的时候都会因为电阻而发热,损失一部分电能。
但如果都用超导体来做电线,那就能节省大量的能源啦!”我似懂非懂地点点头,眼睛还是紧盯着那些超导体样本。
接着,我们来到了一个互动体验区。
那里有一个用超导体制作的强磁场装置。
工作人员拿出一个小碟子,里面放着一些小铁钉。
他把碟子放在磁场上方,神奇的事情发生了!那些小铁钉竟然像被施了魔法一样,一个接一个地竖了起来,整整齐齐地排列着。
“哇!”周围的观众都忍不住发出惊叹声。
我也看得目瞪口呆,这超导体产生的磁场也太强大了吧!再往前走,我看到了一个模拟的超导储能装置。
这个装置就像一个巨大的电池,不过它可比普通电池厉害多了。
工作人员说,超导体储能装置能够在短时间内储存和释放大量的电能,对于平衡电网的供需,提高能源的利用效率有着重要的意义。
我不禁想到,要是我们的城市都用上了这样的储能装置,是不是就再也不用担心停电的问题啦?在展览的角落里,还有一个关于超导体在医疗领域应用的展示。
原来,超导体可以用于制造高分辨率的磁共振成像(MRI)设备,让医生能够更清晰地看到人体内部的结构,更准确地诊断疾病。
超导原理与应用论文
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y超导的原理与应用课程名称:院系:专业:姓名:学号:任课教师:1.1超导现象当把超导材料降到某个特定温度以下的时候,将进入超导态,这时电阻将突降为零(如图1-1所示),同时所有外磁场磁力线将被排出超导体外,导致体内磁感应强度为零,即同时出现零电阻态和完全抗磁性。
对于零电阻态,实验上已经证实超导材料的电阻率小于10-23mΩ∙cm,在实验精度允许范围内已经可以认为是零。
如果将超导体做成环状并感应产生电流,电流将在环中流动不止且几乎不衰减。
超导体的完全抗磁性并不依赖于超导体降温和加场的次序,也称为迈斯纳(Meissner)效应。
一个材料是否为超导体,零电阻态和完全抗磁性是必须同时具有的两个独立特征。
图1-1 金属Hg 在4.2K 以下的零电阻态1.2.1BCS 超导理论自从超导电性被发现以来,人们一直尝试从微观理论来解释超导现象,但直到1957年,美国科学家巴丁(Bardeen)、库柏(Cooper)和施里弗(Schrieffer)在《物理学评论》提出BCS理论,才很好解释大多数常规超导体的超导现象。
BCS 超导理论以近似自由电子模型为基础,是在电子—声子作用很弱的前提下建立起来的理论。
在BCS理论中,认为在费米面附近的电子之间除了有相互排斥库仑力直接作用力外,它们存在通过交换声子产生相互吸引间接作用力,由于相互吸引,费米附近的电子就会两两配对,形成所谓的库柏(Cooper)对。
当温度低于超导转变温度时(T<T c),库柏对就会在超导体内形成,这时库柏对可以在晶格当中无能量损耗地运动,形成超导电性。
其微观机制可以这样理解:电子在晶格中运动时,与附近格点的正电荷相互吸引,影响晶格点阵的振动,从而使晶格内局部发生畸变,形成一个局部区域的高正电荷区。
晶格局部畸变可以像波动一样在晶格中传播。
晶格振动产生的畸变而传播的点阵波的能量子,也就是声子。
超导研究与应用论文
从超导体的发现与研究中我们可以得到启发:不损耗电量的电线是存在的,在此我做一个大胆的猜想:与超导类似的,无额外损耗的热机是存在的,甚至可以说,无额外做功的机械是存在的,虽然说这有悖物理学热学上的三大定理,但我还是相信,这是有可能的,只是或许它要求的环境或条件更为苛刻。推而广之,我认为,物理学上的很多公认的定理都是可以被推翻的,我们的认识在我看来,还只是在人类最开始的仅以想象和观测作为依据的基础上做出了一些可观的进步而已,但这还是远远不够的,我们还没有完全摆脱我们的猜想和臆断,超导给了我们一个警醒,提醒我们现在还是远远不够的,我们的见识仍然很浅薄,我们仍然不够大胆的推翻自己信仰已久的一切,我们仍然很落后!用一句话来说,很多与常理相符的“无极端”的结论是可以推翻的。
接着昂尼斯又对多种金属、合金、化合物材料进行低温下的实验,发现它们中的许多都具有在低温下电阻消失、感应电流长期存在的现象。由于在通常条件下导体都有电阻,昂尼斯就称这种低温下失去电阻的现象为超导。在取得一系列成功的实验之后,昂尼斯立即正式公布这一发现,并且很快引起科学界的高度重视,昂尼斯也因此荣获1913年诺贝尔物理学奖。在他之后,人们开始把处于超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失,被称作零电阻效应。导体没有了电阻,电流流经超导体时就不发生热损耗,电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流,从而产生超强磁场。
超导材料论文
超导材料论文 Prepared on 22 November 2020超导材料摘要:简要介绍了超导材:的发展历史、现状,对未来的超导材料的发展作了展望,并对目前超导材料的主要研制方法进行了分析。
关键词:超导体研究进展高温低温应用一前言超导是超导电性的简称。
是一种材料,如某种金属、合金或化合物在温度下降至某一临界温度时,其电阻完全消失,这种现象称为超导电性,具有这种现象的材料称为超导材料。
超导体的另外一个特征是:当电阻消失时,磁感应线将不能通过超导体,这种现象称为抗磁性。
超导材料的用途非常广阔,大致可分为三类:大电流应用(强电应用)、电子学应用(弱电应用)和抗磁性应用。
大电流应用即超导发电、输电和储能;电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等;抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等超导材料是在低温条件下能出现超导电性的物质。
超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失。
超导材料的发展经历了从低温到高温的过程,经过无数科学家的努力,超导材料的研究已经取得了巨大的发展。
近年来,随着材料科学的发展,超导材料的性能不断优化,实现超导的临界温度也越来越高。
高温超导材料的制备工艺也得到了长足的发展,一些制备高温超导材料的材料陆续被科学家发现。
现在,超导材料的研究主要集中在超导输电线缆,超导变压器等电力系统方面,还有,利用超导材料可以形成强磁场,是超导材料在磁悬浮列车的研究上有了用武之地,另外,超导材料在医学,生物学领域也取得了很大的成就。
超导材料的研究未来,超导材料的研究将会努力向实用化发展。
一旦室温超导体达到实用化、工业化,将对现代文明社会中的科学技术产生深刻的影响。
二研究现状1.超导材料的探索与发展探索新型超导材料在超导材料研究中始终起着关键的作用,同时也是一项高风险、高投入的研究工作。
自1911年荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯发现汞在附近的超导电性以来,人们发现的新超导材料几乎遍布整个元素周期表,从轻元素硼、锂到过渡重金属铀系列等。
超导材料论文
超导材料论文超导材料是一种在低温下表现出无电阻和完全抗磁性的材料,具有许多重要的应用价值。
自从超导现象被发现以来,科学家们一直在探索各种材料和方法,以寻找更高温度下的超导体,以便将其应用于实际生产中。
本文将介绍超导材料的基本原理、应用前景和最新研究进展。
超导现象最早是在1911年由荷兰物理学家海克·卡梅林·奥恩斯·德·哈斯发现的。
他发现在液体氦的温度下,汞的电阻突然消失,这一现象被称为超导。
之后,人们又陆续发现了许多其他材料在低温下也会出现超导现象,如铅、铟、锡等。
超导的出现引起了科学界的广泛关注,人们开始研究超导现象的原理,并希望能够找到更高温度下的超导材料。
超导材料的应用前景非常广阔,其中最重要的应用之一就是超导磁体。
利用超导磁体可以制造出非常强大的磁场,这对于核磁共振成像、粒子加速器等领域具有重要意义。
此外,超导材料还可以用于制造超导电缆,用于输电线路,可以大大减少电能的损耗。
另外,超导材料还可以用于制造超导电动机、超导发电机等设备,具有很高的经济和社会效益。
近年来,科学家们在寻找更高温度下的超导材料方面取得了一些重要进展。
最为引人注目的是铜基氧化物超导体的发现,这种材料在液氮温度下就能表现出超导现象,大大提高了超导材料的工作温度。
此外,人们还发现了镁二硼化物、铁基超导体等新型超导材料,这些材料的发现为超导技术的应用提供了新的可能性。
总的来说,超导材料具有重要的科学研究意义和广阔的应用前景。
虽然目前超导材料的工作温度还比较低,但是随着科学技术的不断发展,相信人们一定能够找到更高温度下的超导材料,并将其应用于更多领域,为人类社会的发展做出更大的贡献。
通过对超导材料的基本原理、应用前景和最新研究进展的介绍,我们可以看到超导材料在科学研究和实际应用中的重要性。
相信随着科学技术的不断进步,超导材料一定会有更广泛的应用,为人类社会带来更多的益处。
论超导体
论超导体自从人类发明了电,电能对许多领域都起着至关重要的作用,它等同于从电荷的运动中提取能量供给物体产生其他形式的能,不过由于没有绝对光滑空白的空间,伴生的电阻就损耗了大量电能,所以,为了寻求最高效率的能量交换,超导体的开发研究就变得十分重要了。
1911年荷兰著名物理学家卡梅林·昂内斯首次将氮液化,获得了4.6K的低温,一个奇妙的现象发生了!当他将金属汞置于低温液氮中,发现汞的电阻急剧下降,直至消失,这简直是不可思议的!于是科学界开始向低温世界进军,在各国科学家的努力下,现已发现了几百种金属、合金、化合物在低温条件下出现这种电阻几乎为零的导电特性,人们称这种现象为超导现象。
(在很低的温度,由于热扰动强度降低,在某些固体中出现宏观量子现象)这种超导现象发现后,科学家们都致力于将临界温度(导体发生超导现象时的温度)提升,因为越高的临界温度对人类来说就越容易达到,也越容易运用到实际生活中去,于是世界各国的科研大军又致力于研制高临界温度的超导材料。
如果想真正将超导技术发展到可以被人类自如运用,则必须去了解产生这种现象的微观实质,于是各种学说应运而生,有电子隧道说,有低温冻结说,也有电子维象论,在低温条件下两个电子结成了库伯对……具体的为什么会有隧道产生?原子怎么被冻结?难以有明确的交代。
超导的发生,是核外电子运动所引起的物质特性明显的变化的结果:在很低的温度下,价电子运转在固定平面上,达到临界温度,运转速率更低,核心习惯于常温下的核外电子快速运转,低速运转的电子形成了核外电子的缺失,核心就挪用相邻核心的外电子,接着形成所有核心连续地挪用相邻电子—形成外电子公用,核心把公用的电子当成自己所需求的电子一部分,用核心的库仑力(原子核吸引核外电子使电子绕核运转的力)去顺势输运它,让其在自己身边流过,于是就形成了电子流——超导电流。
在顺序排列的原子核库仑力的接力输送下,电子直截在其间畅通无阻,于是超导电流不仅不受到阻力,而且还获得了一份来自核心的输运力,形成了电阻为零的超导现象。
超导论文
1.1.1 超导物理之父— 海克·卡末林·昂内斯
1.1.2 液化氦气成功为超导的发现奠定基础
1.1.3. 首次发现超导
1.1.4 零电阻效应的证实
1.2超导材料的特点10
1.2.1超导的零电阻效应................................................
1870年,卡末林-昂内斯进入格罗宁根(Groningen)大学学习,第二年获科学学士学位。在格罗宁根大学,他学习了物理学和数学.次年转人德国海德堡(Heidelharg )大学,在这里曾有向化学家罗伯特·威廉·本生(Robert Wilhelm Bunsen)及物理学家基尔霍夫(Kirchhoff)请教学习的机会。他是在基尔霍夫私人实验室工作的两名学生之一。
第一章 超导.1 超导物理之父— 海克·卡末林·昂内斯
1853年9 月21 日海克·卡末林·昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes)出生于荷兰的格罗宁根(Groningen)。他的父亲拥有一制瓦厂, 但他的母亲艺术素养颇佳, 深深影响了他。他的姐夫是当时Liden(地名)有名气的画家。卡末林一昂内斯年轻时也曾涉猎诗歌。
改革开放以来我国社会主义市场经济体制逐步建立,综合国力日益增强,人民生活水平大大提高,然而在这快速发展的同时一些深层次的矛盾与问题日益积累和加深,致使我国的可持续发展面临着诸多困境。一、一次能源资源面临枯竭,相关要素资源严重短缺。目前我国探明可开采的石油储量约21亿吨预计还可开采11.3年,煤炭1145亿吨预计还可开采45年,天然气1.88万亿立方米预计还可开采27.2年(数据来源:BP世界能源统计2008)。二、资源消耗过大,环境严重恶化,面临巨大的温室气体减排压力。科学观测表明,地球大气中二氧化碳的浓度已从工业革命前的280ppm(280毫升/立方米)上升到了2008年的386ppm。很多科学家将400~450ppm设为大气中二氧化碳的浓度上限,以避免“不可逆转的灾难性后果”。以上的数据表明我国(乃至全球)要实现可持续发展必须走低能高效之路,一方面最大限度地提高能源特别是不可再生能源的终端利用效率,另一方面大力开发利用新能源,寻找满足我国能源需求的终极解决途径。中国南方电力公司副总经理肖鹏曾在《中国电力工业变革与发展的战略选择》中强调要高度重视并加快高温超导技术的研发利用。他指出:高温超导技术是21世纪有可能为电力工业带来革命性变化的唯一高科技储备,也是未来新能源变革的重要技术支撑。
超导材料论文
材料科学概论论文题目:超导材料的研究与发展班级:11级金属材料工程姓名:***学号:**********超导材料的研究与发展具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料称为超导材料。
从1911年荷兰物理学家翁奈首先发现超导现象以来,现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。
超导材料具有优越的物理性质和优越的性能,目前已被广泛接受和认同,具有良好的发展前景。
1、引言1911年荷兰物理学家翁奈在研究水银低温电阻时首先发现了超导现象。
后来又陆续发现了一些金属、合金和化合物在低温时电阻也变为零,即具有超导现象。
物质在超低温下,失去电阻的性质称为超导电性;相应的具有这种性质的物质就称这超导体。
超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起,就向人类展示了诱人的应用前景。
目前,超导材料已被应用于很多领域,本文拟就超导材料的分类、性质、应用、原理等方面展开论述,以帮助人们更好的认识超导材料。
2、分类2.1按成分分为:元素超导体、合金和化合物超导体,有机高分子超导体三类。
2.2按Meissner效应分为:第一类超导体:超导体在磁场中有一同的规律,如图a所示:当H<Hc 时,B=0,H>Hc时,B=μH,即在超导态内能完全排除外磁场,且只有一个值。
除钒、铌、钌外,元素超导体都是第一类超导体。
第二类超导体:如图b 所示,第二类超导体的特点是:当H<H c1时,B=0,排斥外磁场。
当H c1<H<H c2时,B>0而B< μH ,磁场部分穿透。
当H>H c2时,B= μH ,磁场完全穿透。
也就是在超导态和正常态之间有一种混合态存在,H c 有两个值H c1和H c2 。
钒、铌、钌及大多数合金或化合物超导体都是属于第二类导体。
3、 性质3.1零电阻性超导材料处于超导态时电阻为零,能够无损耗地传输电能。
如果用磁场在超导环中引发感生电流,这一电流可以毫不衰减地维持下去。
超导体的特性、原理及应用
中国科学技术大学电磁学小论文论文题目:超导体的特性、原理及应用作者:蒋哥学号:PB13206***指导老师:周**日期:2014.6.9超导体的特性、原理及应用一、摘要超导是指导电材料在温度接近绝对零度的时候,物体分子热运动下材料的电阻趋近于0的性质;“超导体”是指能进行超导传输的导电材料。
零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。
自从超导发现至今,超导的研究和超导体的研制已迅速发展,超导体的物质结构及性质已逐渐研究清楚,超导的临界温度已从开始的几开升至二百多开,超导材料得到广泛应用,特别是高温超导材料的广泛应用将会给社会带来的巨大变革。
二、关键词超导体零电阻效应迈斯纳效应应用实验验证三、引言及背景人类最初发现物体的超导现象是在1911年。
当时荷兰科学家卡·翁纳斯等人发现,某些材料在极低的温度下,其电阻完全消失,呈超导状态。
使超导体电阻为零的温度,叫超导临界温度。
经过近100年的发展,临界温度已大大提高,现有的高温超导体用液态氮来冷却即可应用于实际。
高温超导材料的用途非常广阔,大致可分为三类:大电流应用(强电应用)、电子学应用(弱电应用)和抗磁性应用。
大电流应用即超导发电、输电和储能;电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等;抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。
四、正文1、超导体的特性及原理1.1零电阻效应超导体在一定温度以下,其电阻降为零的现象称为材料的超导电现象。
1911 年荷兰著名低温物理学家昂纳斯发现在 T=4.1K下汞具有零电阻效应。
采用四引线电阻测量法可测出超导体的R-T 特性曲线,如图所示。
图中的 Rn为电阻开始急剧减小时的电阻值,对应的温度称为起始转变温度 Ts;当电阻减小到 Rn/2 时的温度称为中点温度 Tm;当电阻减小至零时的温度为零电阻温度T0。
由于超导体的转变温度还与外部环境条件有关,定义在外部环境条件(电流,磁场和应力等)维持在足够低的数值时,测得的超导转变温度称为超导临界温度。
超导体性质的研究毕业论文
超导体性质的研究毕业论文渤海大学本科毕业论文题目超导体性质的研究完成人姓名王黎黎主修专业物理学教育所在院(系) 物理系入学年度 2003 年完成日期 2007 年5月20日指导教师史力斌超导体性质的研究王黎黎渤海大学物理系摘要:1911年荷兰物理学家昂尼斯首先发现了超导电性。
超导体有两个基本电磁学性质—零电阻现象和迈斯纳效应。
实际上,超导体的磁状态是热力学状态,用热力学的理论可以解释超导—正常相变问Hgg题,相变条件是=。
超导体究竟是应处于超导(T,p,0)(T,p,)cns态,还是正常态,取决于哪个状态的能量低。
正常态的自由能在加磁场前后基本上是未变的,而超导态的自由能在外加磁场H中则是增大的。
另外,通过比较超导态和正常态时的熵及比热的变化情况,可以知道超导相是比正常相更加有序的状态,且在T=T处的超导正常相c变是二级相变。
由此,人们在热力学理论的基础上提出了超导体的唯象模型—二流体模型,而以该模型为基础建立起来的伦敦理论则能很好的从理论上解释超导体两个基本电磁学性质。
关键词:超导体;电阻;相变;自由能;二流体A Study on Superconducting PropertiesWang li-li Department of Physics. BoHai UniversityAbstract: In 1911,Dutch physicist Kamerlingh Onnes first discoveredsu- perconductivity.Superconductor has two basic electromagnetic properties: zero resistance phenomenon and Meissner Effect.Infact,Superconducting magnetic state is a state ofthermodynamic,thermodynamic theory can be used to explain the superconducting-normal phase transition problem,HggPhase Transition is (T,p,0)=(T,p,). Superconductor what is at cns superconducting state, or normal state, which depends on the stateof low energy. Normal state of freedom in the magnetic field around basically unchanged, and the superconducting state of freedom in the external magnetic field H which is growing.Furthermore, by comparing the superconducting state and normal state of entropy and specific heatof the changes, know the superconducting phase is more than is normaland orderly condition,and in T=Tthe alteration of normal superconducting cphase transition is two phase change.Therefore,people put forward phenomenological superconductor two-fluid-model model on the basis ofthe thermodynamic theory,then,the London theory which established on the basic of the model can well explain the two basic electromagnetic properties of superconductor. In this thesis,we will put emphasis on discussing the problems of phase transition thermodynamics of superconduction , and compare the superconducting state and normal state of free energy, the changes of Specific heat.Key words: superconductor ; resistance ; plase-transistion ; free energy;two-fluid-model目录引言..............................................................................1 一、超导体的发展史简介...................................................2 二、超导体的基本电磁学性质.............................................3 (一)零电阻现象............................................................3 (二)迈斯纳效应............................................................5 三、超导相变热力学.........................................................6 (一)在磁场中超导态的自由能..........................................7 1.磁化物体的吉布斯自由能.............................................7 2.在磁场中超导态的自由能.............................................9 (二)超导-正常态相变时熵及比热的变化...........................11 1.超导-正常态相变时熵的变化.......................................11 2.超导-正常态相变时比热的变化....................................12 (三)超导相的二流体唯象模型....................................... 14 四、伦敦理论............................................................... 18 (一)伦敦假设及超导体电动力学方程 (18)(二)用伦敦理论解释稳恒条件下的零电阻现象.................. 19 (三)用伦敦理论解释迈斯纳效应.................................... 20 (四)超导平板和正常导体平板....................................... 20 结论........................................................................... 24 参考文献 (25)渤海大学本科毕业论文超导体性质的研究引言自从1911年荷兰物理学家昂尼斯首先发现超导电性以来,超导诱人的应用前景一直吸引着世界各国的科学家去探索它的奥秘。
超导体悖论
超导体悖论全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:超导体悖论作为物理学上一个颇具争议性的问题,一直以来都困扰着科学家们。
超导体是一种在极低温下能够完全消除电阻的材料,其内部会出现一种称为“超导电流”的特殊电流。
虽然超导体的电阻为零,但其内部仍会存在着磁场。
这就带来了一个悖论:超导体内部如何同时存在零电阻和磁场这两种看起来矛盾的物理现象?要理解超导体悖论,首先需要了解一些基础的物理知识。
在经典物理学中,超导体的电阻为零是很容易理解的。
在超导态下,电子能够以一种协同的方式移动,形成一个统一的电子波,这种波称为“库珀对”。
库珀对具有很高的流动性,电子之间几乎没有碰撞,因此电子在超导体中可以自由地传导,从而形成了零电阻的特性。
当我们考虑超导体内部的磁场时,就会遇到问题了。
根据麦克斯韦方程组,磁场与电流之间存在一个耦合关系。
当磁场改变时,会产生感应电流,这会导致电流的流动,从而导致电阻。
理论上来说,超导体内部的磁场应该能够打破超导态,使其失去零电阻的特性。
这就是超导体悖论的核心所在:超导体内部如何能够同时存在零电阻和磁场?科学家们提出了许多理论来解释这一问题,但至今尚未找到一个令人满意的答案。
其中之一是“伦敦方程”,该方程认为超导体内部的磁场会被限制在一个很小的区域内,而不会影响整个超导体的零电阻特性。
另一个解释是“费米液体理论”,该理论认为超导体内部的自旋迹道可以抵消磁场的影响,从而保持零电阻。
尽管有这些理论来解释超导体悖论,但问题仍然存在。
实验观测显示,当外加磁场增加到一定程度时,超导体确实会失去超导态而出现电阻。
这表明超导体内部的磁场确实会影响其零电阻特性,而不是像理论预言的那样被完全屏蔽或抵消。
这给解决超导体悖论带来了新的挑战。
为了解决这一悖论,科学家们需要进一步研究和理解超导体内部的物理过程。
他们需要找到一种更全面的理论框架,能够同时解释超导体的零电阻和磁场行为。
这可能需要深入探讨超导体的微观结构和电子行为,以寻找到一个统一的解释。
初中物理优秀教学论文超导及超导材料的应用
初中物理优秀教学论文超导及超导材料的应用初中物理优秀教学论文超导及超导材料的应用摘要:超导是超导电性的简称,是指某些物体当温度下降至一定温度时,电阻突然趋近于零的现象。
具有这种特性的材料称为超导材料.自超导发现至今,超导的研究和超导材料的研制已迅速发展,超导的临界温度已从开始的几开升至几十开甚至一百多开。
但人们相信,随着超导材料临界温度的提高和材料加工技术的发展,它将会在许多高科技领域获得重要应用。
关键词:超导,超导材料,临界温度超导是超导电性的简称,是指某些物体当温度下降至一定温度时,电阻突然趋近于零的现象。
具有这种特性的材料称为超导材料.自超导发现至今,超导的研究和超导材料的研制已迅速发展,超导的临界温度已从开始的几开升至几十开甚至一百多开;而且超导材料的物质结构及性质已逐渐研究清楚。
以液态氮温度下低温超导材料的研究与发展获得了成功,且已实现商品化,在医疗、电子输送、运输等方面获得应用;高温超导材料的发现,是最近几十年来物理学及材料科学领域中的重大突破之一,已引起全世界广泛关注,各国众多科学工作者参与超导的研究与发展工作,人们将很快会感受到它给社会带来的巨大变革。
1、超导材料的研究进展1911年一个叫昂尼斯的荷兰物理学家做了一个试验,他把水银冷却到-40℃时,亮晶晶的液体水银像“结冰”一样变成了固体,然后,他把水银拉成细丝,并继续降低温度,同时测量不同温度下固体水银的电阻。
当他把温度降到绝对温度4K(相当于-269℃)时,一个奇怪的现象出现了,即水银的电阻突然变成了零。
这个奇怪现象不仅昂尼斯自己很感意外,而且轰动了物理学界,后来科学家把这个现象叫超导现象,把电阻等于零的材料叫超导材料。
昂尼斯和许多科学家后来又发现了28种超导元素和8000多种超导化合物。
但出现超导现象时的温度大都接近绝对零度,也就是-273℃的极低温,没有太大的实用可能性和经济价值。
为了寻找可在比较高的温度下有超导现象的材料,世界上无数科学家为之奋斗了近60年,直到1973年,英美一些科学家才找到一种在23K(-25O℃)温度出现超导现象的铌-锗合金。
磁介质之超导体论文
超导体的简单介绍及其在各领域的应用摘要自1911年卡莫林·昂内斯发现超导现象以来,超导电性问题收到了各国科学家的广泛注意,超导电性及超导材料在各领域的应用日益广泛。
本文进队超导现象、超导体的主要特性及其理论解释、超导的主要应用作简单介绍关键词超导电性、应用一、定义、介绍1、超导体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。
2、超导电性在适当的温度、磁场强度和电流密度下,物体被认为具有直流电阻为零和体内磁感应强度为零的性质。
3、超导电性- 超导电性的发现1908年荷兰物理学家H.开默林-昂内斯液化氦成功,从而达到一个新的低温区(4.2K 以下),他在这样的低温区内测量各种纯金属的电阻率。
1911年,他发现,当温度降到4.2K 附近时,汞样品的电阻突然降到0。
不但纯汞,而且加入杂质后,甚至汞和锡的合金也具有这种性质。
他把这种性质称为超导电性。
4、二流体模型戈特和H·B·G·卡西米尔根据以上结果于1934年提出了超导态的二流体模型,认为超导态比正常态更为有序是由共有化电子(见能带理论)发生某种有序变化所引起,并假定:①超导体处于超导态时,共有化电子可分成正常电子和超导电子两种,分别构成正常流体和超导电子流体,它们占有同一体积,彼此独立地运动,两种流体的电子数密度均随温度而变。
②正常流体的性质与普通金属中的自由电子气相同,熵不等于零,处于激发态。
正常电子因受晶格振动的散射而会产生电阻。
超导电子流体由于其有序性而对熵的贡献为零,处于能量最低的基态。
超导电子不会受晶格散射,不产生电阻。
③超导态的有序度可用有序参量ω(T)=Ns(T)/N表示,N为总电子数,Ns为超导电子数。
超导体(精选8篇)
超导体(精选8篇)超导体篇1教学目标知识目标了解以及在现代科学技术中的应用.能力目标通过知识的学习,扩展知识面.情感目标知道在现代以及未来科技中的重要性,学习科学家的坚韧精神.教学建议教材分析教材从介绍昂尼斯发现水银超导现象的物理学史知识入手,讲述的一般概念,基础知识.进一步讲解超导的优点、缺点和目前科学家面临的问题.教法建议本节的教学要注重科技的联系,避免孤立的学习,要注意联系实际.可以提出问题学生自主学习,学生根据提出的问题,可以利用教材和教师提供的一些资料进行学习.也可以教师提出课题,学生查阅资料,从收集资料、信息的过程中学习,提高收集信息和处理信息的能力.方案【教学过程设计】方法1、学生阅读教材,教师提供一些关于的材料,教师提出一些问题,学生阅读时思考,例如:什么是现象?采用有什么经济效益?方法2、对于基础较好的班级,可以采用实验探究和信息学习的方法.实例如下实验探究:可以组织学生小组,图书馆、互联网查阅有关方面的资料,小组讨论,总结的优点、缺点以及讨论的未来发展方向.【板书设计】1.概念超导现象2.的优缺点3. 我国的的研究探究活动【课题】超导现象的历史【组织形式】个人或学习小组【活动流程】制订子课题;制订查阅和查找方式;收集相关的材料;分析材料并得出一些结论;评估;交流与合作.【参考方案】1、尝试总结的发展现况.2、讨论的未来发展趋势.【资料来源】1、图书馆、互联网查找资料.2、交流,发现共性和差异.超导体篇2教学目标知识目标了解以及在现代科学技术中的应用.能力目标通过知识的学习,扩展知识面.情感目标知道在现代以及未来科技中的重要性,学习科学家的坚韧精神.教学建议教材分析教材从介绍昂尼斯发现水银超导现象的物理学史知识入手,讲述的一般概念,基础知识.进一步讲解超导的优点、缺点和目前科学家面临的问题.教法建议本节的教学要注重科技的联系,避免孤立的学习,要注意联系实际.可以提出问题学生自主学习,学生根据提出的问题,可以利用教材和教师提供的一些资料进行学习.也可以教师提出课题,学生查阅资料,从收集资料、信息的过程中学习,提高收集信息和处理信息的能力.教学设计方案【教学过程设计】方法1、学生阅读教材,教师提供一些关于的材料,教师提出一些问题,学生阅读时思考,例如:什么是现象?采用有什么经济效益?方法2、对于基础较好的班级,可以采用实验探究和信息学习的方法.实例如下实验探究:可以组织学生小组,图书馆、互联网查阅有关方面的资料,小组讨论,总结的优点、缺点以及讨论的未来发展方向.【板书设计】1.概念超导现象2.的优缺点3. 我国的的研究探究活动【课题】超导现象的历史【组织形式】个人或学习小组【活动流程】制订子课题;制订查阅和查找方式;收集相关的材料;分析材料并得出一些结论;评估;交流与合作.【参考方案】1、尝试总结的发展现况.2、讨论的未来发展趋势.【资料来源】1、图书馆、互联网查找资料.2、交流,发现共性和差异.超导体篇3教学目标知识目标了解以及在现代科学技术中的应用.能力目标通过知识的学习,扩展知识面.情感目标知道在现代以及未来科技中的重要性,学习科学家的坚韧精神.教学建议教材分析教材从介绍昂尼斯发现水银超导现象的物理学史知识入手,讲述的一般概念,基础知识.进一步讲解超导的优点、缺点和目前科学家面临的问题.教法建议本节的教学要注重科技的联系,避免孤立的学习,要注意联系实际.可以提出问题学生自主学习,学生根据提出的问题,可以利用教材和教师提供的一些资料进行学习.也可以教师提出课题,学生查阅资料,从收集资料、信息的过程中学习,提高收集信息和处理信息的能力.教学设计方案【教学过程。
超导体论文
超导体的原理、性质及其应用…(…)(..,南京 211189)摘要:1911年,荷兰莱顿大学的卡末林—昂内斯意外地发现,将汞冷却到-268.98℃时,汞的电阻突然消失;后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性,由于它的特殊导电性能,卡末林—昂内斯称之为超导态。
低温时,导体导电度急剧增加,即电阻值为零时,我们称之为超导状态。
而处于超导状态的导体我们称之为超导体。
超导电性和抗磁性是超导体的两个重要特性。
为了实现超导材料的实用性,科学家们经过数十年的努力,跨越了超导材料的磁电障碍,开始了探索高温超导的历程。
关键词:超导应用原理Principles, Properties and Applications ofSuperconductors…(…, Nanjing 210000)Abstract: In 1911, H.Kamerlingh Onnes from the University of Leiden finds that when the mercury cooled to -268.98 ℃, the resistance of it suddenly disappeared. Later he found that many metals and alloys are similar to the above mercury at low temperatures. Due to its special conductive properties H.Kamerlingh Onnes calls it the superconducting state. AT low temperatures, the conductor conductivity increased dramatically, we call it the superconducting state. While in the superconducting state, we call the conductor superconductors. Superconductivity and anti-magnetic superconductors are two important features. In order to achieve practical superconducting materials, scientists have spent decades exploring the course.key words: Superconductors Applications Principles一般材料在温度接近绝对零度的时候,物体分子热运动几乎消失,材料的电阻趋近于0,此时称为超导体,达到超导的温度称为临界温度。
超导材料论文
超导材料姓名:李健学号:2014190102007摘要:简要介绍了超导材:的发展历史、现状,对未来的超导材料的发展作了展望,并对目前超导材料的主要研制方法进行了分析。
关键词:超导体研究进展高温低温应用一前言超导是超导电性的简称。
是一种材料,如某种金属、合金或化合物在温度下降至某一临界温度时,其电阻完全消失,这种现象称为超导电性,具有这种现象的材料称为超导材料。
超导体的另外一个特征是:当电阻消失时,磁感应线将不能通过超导体,这种现象称为抗磁性。
超导材料的用途非常广阔,大致可分为三类:大电流应用(强电应用)、电子学应用(弱电应用)和抗磁性应用。
大电流应用即超导发电、输电和储能;电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等;抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等超导材料是在低温条件下能出现超导电性的物质。
超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失。
超导材料的发展经历了从低温到高温的过程,经过无数科学家的努力,超导材料的研究已经取得了巨大的发展。
近年来,随着材料科学的发展,超导材料的性能不断优化,实现超导的临界温度也越来越高。
高温超导材料的制备工艺也得到了长足的发展,一些制备高温超导材料的材料陆续被科学家发现。
现在,超导材料的研究主要集中在超导输电线缆,超导变压器等电力系统方面,还有,利用超导材料可以形成强磁场,是超导材料在磁悬浮列车的研究上有了用武之地,另外,超导材料在医学,生物学领域也取得了很大的成就。
超导材料的研究未来,超导材料的研究将会努力向实用化发展。
一旦室温超导体达到实用化、工业化,将对现代文明社会中的科学技术产生深刻的影响。
二研究现状1.超导材料的探索与发展探索新型超导材料在超导材料研究中始终起着关键的作用,同时也是一项高风险、高投入的研究工作。
自1911年荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯发现汞在4.2K附近的超导电性以来,人们发现的新超导材料几乎遍布整个元素周期表,从轻元素硼、锂到过渡重金属铀系列等。
超导体及其现实应用
超导体及其现实应用超导体及其现实应用【摘要】由于低温的获得极为困难,不仅设备技术复杂,成本也极为昂贵,因此,人们渴望取得高温超导体。
常规的磁性材料受磁性饱和的限制,故磁感应强度要大幅度增加有困难,若用超导磁体,磁感应强度可提高5~15倍;故超导电机的输出功率可以大大提高,高达102~103倍。
高温超导的实现将给电力工业带来重大的变革。
由于超导电性的独特性质,它将被应用在发电,输电、储电和用电的各个领域中。
【关键词】超导体;超导态;临界温度;超导电性;超导储能一、超导研究的进展1911年荷兰物理学家昂尼斯发现,当温度降至绝对温度4.2K时,汞(水银)的电阻突然变为零。
人们把电阻为零时的状态称为超导态,相应的温度称为该物质的超导临界温度,用T c表示。
昂尼斯曾想,水银的电阻为零,可以通以很大的电流而不发热,这便可产生很强的磁场。
因为,即使临界温度Tc,但通过超导体的电流超过某一临界值Ic,或磁场超过某一临界值Hc时都会破坏超导态,而变为常态,因而物质的三临界常数是相互关联的。
由于低温的获得极为困难,不仅设备技术复杂,成本也极为昂贵,因此,人们渴望取得高温超导体。
从1911年至1973年超导体临界温度由4.2K升到23.2K,以每三年多提高一度的速度前进。
1986年4月联邦德国人贝德诺尔茨和瑞士人米勒发现钡镧铜氧化物(Be-La-Cu-O)的超导临界温度为35K。
由此,他们在发现陶瓷材料超导性方面取得重要突破。
1987年美、中、日、苏及欧洲等国家的学者不断的创造了高温超导的记录,中国科学院物理研究所赵忠尧等人做出了突出的贡献,把超导临界温度提高到90K,这意味着可以不使用液氦(4.2K),超导技术的应用展现出新的美好前景。
二、超导体在电力工业上的现实作用高温超导的实现将给电力工业带来重大的变革。
由于超导电性的独特性质,它将被应用在发电,输电、储电和用电的各个领域中。
(一)超导磁体。
用铁磁材料制成的永磁铁,它两极附近的磁场,只能达7007~8000高斯,由于受铁磁材料性质的限制,要提高磁场强度很困难;电磁铁由于铁芯磁饱和效应的限制,也只能产生25000高斯的磁场,用通电流的铜丝圈,它产生的磁场高达10万高斯,由于热损失严重,需耗电达1600千瓦,且每分钟需用于冷却的水量达4.5吨。
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超导体的电磁性质及其应用
院别:物理与电子工程学院
专业:09级物理学
姓名:王雪梅
完成日期:2014 年6 月3 日
摘要:具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料称为超导材料。
从1911年荷兰物理学家翁奈首先发现超导现象以来,现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。
超导材料具有优越的物理性质和优越的性能,目前已被广泛接受和认同,具有良好的发展前景。
关键词:超导材料;分类;性质;应用;原理;展望
1、引言
1911年荷兰物理学家翁奈在研究水银低温电阻时首先发现了超导现象。
后来又陆续发现了一些金属、合金和化合物在低温时电阻也变为零,即具有超导现象。
物质在超低温下,失去电阻的性质称为超导电性;相应的具有这种性质的物质就称这超导体。
超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起,就向人类展示了诱人的应用前景。
目前,超导材料已被应用于很多领域,本文拟就超导材料的分类、性质、应用、原理等方面展开论述,以帮助人们更好的认识超导材料。
2、分类
元素超导体、合金和化合物超导体,有机高分子超导体三类。
3、性质
3.1零电阻性
超导材料处于超导态时电阻为零,能够无损耗地传输电能。
如果用磁场在超导环中引发感生电流,这一电流可以毫不衰减地维持下去。
这种“持续电流”已多次在实验中观察到。
超导体的零电阻现象与常导体零电阻在实质上截然不同。
常导体的零电阻是指在理想的金属晶体中,由于电子运动畅通无阻,因此没有电阻;而超导体零电阻是指当温度降至某一数值Tc或以下时,其电阻突然变为零。
3.2完全抗磁性
1933年迈斯纳和奥尔德首次发现了超导体具有完全抗磁性的特点。
把锡单晶球超导体在磁场(H≦Hc)中冷却,在达到临界温度Tc以下时,超导体内的磁通线一下子被排斥出去;或者先把超导体冷却至Tc以下,再通以磁场,这时磁通线也被排斥出动;如图所示。
即在超导状态下,超导体内磁感应强度B=0.这就是迈斯纳效应。
3.3约瑟夫森效应
两超导材料之间有一薄绝缘层(厚度约1nm)而形成低电阻连接时,会有电子对穿过绝缘层形成电流,而绝缘层两侧没有电压,即绝缘层也成了超导体。
当电流超过一定值后,绝缘层两侧出现电压U(也可加一电压U),同时,直流电流变成高频交流电,并向外辐射电磁波,其频率为,其中h为普朗克常数,e为电子电荷。
这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。
3.4同位素效应
超导体的临界温度Tc与其同位素质量M有关。
M越大,Tc越低,这称为同位素效应。
例如,原子量为199.55的汞同位素,它的Tc是4.18开,而原子量为203.4的汞同位素,Tc为4.146
开。
4、基本临界参量
4.1临界温度
外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度,以Tc表示。
Tc值因材料不同而异。
已测得超导材料的最低Tc是钨,为0.012K。
到1987年,临界温度最高值已提高到100K左右。
4.2临界磁场
使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度,以Hc表示。
Hc与温度T的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2],式中H0为0K时的临界磁场。
4.3临界电流和临界电流密度
通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态,以Ic表示。
Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。
单位截面积所承载的Ic称为临界电流密度,以Jc表示。
超导材料的这些参量限定了应用材料的条件,因而寻找高参量的新型超导材料成了人们研究的重要课题。
以Tc为例,从1911年荷兰物理学家H.开默林-昂内斯发现超导电性(Hg,Tc=4.2K)起,直到1986年以前,人们发现的最高的Tc才达到23.2K(Nb3Ge,1973)。
1986年瑞士物理学家K.A.米勒和联邦德国物理学家J.G.贝德诺尔茨发现了氧化物陶瓷材料的超导电性,从而将Tc提高到35K。
之后仅一年时间,新材料的Tc已提高到100K左右。
这种突破为超导材料的应用开辟了广阔的前景,米勒和贝德诺尔茨也因此荣获1987年诺贝尔物理学奖金。
5、超导机理
当前在阐明超导机理的几种理论中,二流体模型是较有说服力的,较为流行的一种。
二流体模型认为:超导体处于超导态时,传导电子分为两部分,一部分叫常导电子,另一部分叫超流电子,两种电子占据同一体积,彼此独立运动,在空间上互相渗透;常导电子的导电规律与常规导体一样,受晶格振动而散射,因而产生电阻,对热力学熵有贡献;超流电子处于某种凝聚状态,不受晶格振动而散射,对熵无贡献,其电阻为零,它在晶格中无阻地流动。
这两种电子的相对数目与温度有关,T>Tc时,没有凝聚;T=Tc时,开始凝聚;T=0时,超流电子成分占100%。
这就是二流体模型的理论观点。
它很好的解释了超导体在超导状态时零电阻现象。
6、超导材料的应用
6.1低温超导材料的应用
低温超导材料的应用分为:强电应用,主要包括超导在强磁场中的应用和大电流输送;弱电应用,主要包括超导电性在微电子学和精密测量等方面的应用。
6.2高温超导体材料的应用与进展。
目前高温超导材料大量应用在磁体、电子器件、电力等方面。
但仍有许多材料和技术方面的问题需要解决。
在材料方面,主要是要求超导体应有较高的临界温度和临界电流。
7、结论
超导体得天独厚的特性,使它可能在各种领域得到广泛的应用。
但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下,极大地限制了超导材料的应用。
自1911年荷兰科学家卡末林、昂尼斯发现“超导”现象至今,世界各国的科学家从未间断过对“超导”的研究,特别是进入20世纪80年代以来,随着1987年中国、日本和美国科学家采用金属氧化物,将超导临界温度提高,使超导体前进了一大步,从而引起了一场前所未有的“超导大战”。
近年来,世界各国纷纷投入巨资加紧研究与开发,不断推动超导技术产生新的飞跃。
当日本宣布获得了175K的超导材料后不久,美、中、俄、联邦德国、丹麦等国也都相继有了突破性的研究报告,有的甚至已看到了308K的超导迹象,即已达到常温的转变温度。
这表明,超导技术广泛应用的时代即将来临。
参考文献
[1]金建勋郑陆海,高温超导直线电动机技术及其发展,微特电机.2008,36(3).-58-62
[2]韩汝姗,高温超导物理,北京大学出版社,1998年9月
[3]官伯然,超导电子技术极其应用,科学出版社,2009年10月
[4]张裕恒,超导物理(第三版),中国科学技术大学出版社,2009年1月
[5]时东陆周午纵梁维耀,高温超导应用研究,上海科学技术出版社,2008年10月
[6]康志成,大型超导磁体电流引线理论及应用,国防工业出版社,2009年3月
[7]王惠龄汪京荣,超导应用低温技术,国防工业出版社,2008年01月
[8]陆继宗黄保法绝对零度的奇迹:超导超流与相变,上海科技教育出版社,2001年
[9]何豫生,超导体,北京出版社,1978年。