超导现象是指材料在低于某一温度时,电阻变为零的现象,而这一温度称为超导转变温度(Tc)。超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性,因此超导现象在生活中应用广泛;特征如下:
1、完全抗磁性
1933年,德国物理学家迈斯纳(W.Meissner)通过实验发现:当置于磁场中的导体通过冷却过渡到超导态时,原来进入此导体中的磁感线会一下子被完全排斥到超导体之外,超导体内磁感应强度变为零,这表明超导体是完全抗磁体。
这个现象称为迈斯纳效应。
2、存在临界磁场
实验表明,超导态可以被外磁场所破坏,在低于Tc的任一温度T下,当外加磁场的磁感应强度B小于某一临界值Bc时。
超导态可以保持;当B大于Bc时,超导态会被突然破坏而转变成正常态。
临界磁场Bc不仅与超导体本身性质有关,还与温度T有关。
3、同位素效应
超导体的临界温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。
超导体的应用
1、零电阻输电
在电网的输电过程中,电能的损耗在5%-7%,如果国家电网都用超导线进行输电,则年可节约几千亿度电,这对节约能源、减少碳排放有重要作用。
2、磁悬浮列车
磁悬浮列车的速度可达600km/h,若放在真空管道,则可达3000km/h以上,可极大提高运输效率。
3、核磁共振
稳定的强磁场可以给医院的核磁共振设备带来更加精确的检测结果。
4、超导量子干涉仪
利用超导体的约瑟夫森效应可以做成超导量子干涉仪,其对磁场的测量精度可达地磁场的亿分之一,是非常重要的科研仪器。
5、回旋加速器
欧洲核子研究中心的回旋加速器,使用了约1200吨的超导线材,以帮助提供稳定的强磁场,以实现粒子的偏转。
6、可控核聚变
在目前的托卡马克核聚变装置中,仅超导线材的长度就达到了15万公里,这些超导体可以提供强磁场来束缚上亿度的等离子体。
7、量子计算机
有理论表明,量子计算机的计算能力相较于普通计算机有质的飞跃,其中的超导芯片可以在提高运算速度的同时,也降低功耗。
超导现象是什么意思呀
超导是某些金属或合金在低温条件下出现的一种奇妙现象,是由荷兰的物理学家卡麦林·昂纳斯最先发现的。
1908年,昂纳斯(1853—1926年)成功地液化了地球上最后一个“永久气体”——氦气,得到了接近绝对零度(0K=-273.15℃)的低温:4.25K~1.15K。
之后,他把目标转向了“极低温下金属电阻随温度变化规律的研究”。
昂纳斯先是用铂丝,接着用纯度更高的水银做实验,他吃惊的发现水银在温度降至氦的沸点即4.2K时(相当于-269℃),电阻竟意外地消失了。
起初昂纳斯还以为是线路出现了故障,几经测定,最后他确信,水银在4.2K下会产生一种新的导电特性——“零电阻性’或“超导电性”。
1911年4月28日,昂纳斯公布了这一发现,并在随后几篇论文中明确指出,某些材料在一定温度下能进入一种电阻为零的新物态。
他将这种新物态命名为“超导态”,同时把具有从正常态(电阻不为零)转变为超导态能力的材料称作“超导体”,把能使超导体从正常导电状态变为超导电状态时的转变温度称为“临界温度”。
他进一步用铅环做实验,当铅变为超导态时,九百安培的电流在铅环中流动不止,两年半以后毫无衰减。
昂纳斯的这一发现轰动了全世界的科学家,大家纷纷实验,并且想要揭开超导的奥秘,因为只有了解了超导现象的微观机理,才能使超导为人类作出更大的贡献。
现在,科学家已发现有上千种元素和化合物在低温下可以转化为超导态。
对所谓“零电阻性”也已有共识:超导体即使有电阻,它的电阻率必然小于10-26“欧·米,而且只对直流电适用,若给超导体通入交流电,它仍会出现类似于常规电阻的“交流损耗”。
从这个意义上讲,超导体似乎可以说是一种直流理想导体。
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