登陆注册
26242600000008

第8章 超导电性及超导材料

为什么低温下的超导态汞会在弱磁场中失去超导能力呢?从1911年到1932年,尽管发现的超导体的数目在不断增加,但人们还是没有解决这一问题,一直认为温度对超导有影响,而磁场对超导体和理想导体的作用一样,磁力线可以穿过超导体。

直到1933年,迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家在测定金属锡和铅在磁场中冷却到超导温度下的内外磁通量分布时,发现了与传统观念不一样的奇怪现象:超导体中的磁感应强度变为零。这就是说,磁力线不能通过超导体,在超导体中,磁力线全部被“赶”出来了。

超导体的这种性质叫做超导体的“完全抗磁性”。超导体的完全抗磁性的现象也被称之为迈斯纳效应。

迈斯纳效应表明了,不仅是外加磁场不能进入超导体的内部,而且原来处在外磁场中的正常态导体,当温度降低使它变为超导体时,也会把超导体内的磁场完全排除出去。超导体的完全抗磁性为磁浮现象提供了原动力。这样,超导体的超导电性除了电阻为零的特征外,另一个特征就是完全的抗磁性。这也是衡量一种材料是否是超导体的判据。

迈斯纳和奥克森菲尔德关于磁场对超导体影响的研究,启发了人们,后来又发现,当外磁场超过某一临界值时,材料的超导性会被破坏。原来超导金属和合金在低温时的超导性,除了极低温度外,只有对于一定磁场强度范围内的磁场来说才是合适的。一旦外加磁场强度超过一定限度,超导体就变为普通的导体了。

我们都知道,一根导线当有电流通过时,导线的周围会产生磁场。当超导体的电流密度达到一定值后,它在超导体的周围产生的磁场强度就有可能超过它的临界磁场,从而破坏超导体的超导状态。这就很好地解释了昂尼斯用汞金属超导体来制作强磁体失败的原因。

由于电流与磁场的“亲密”关系,超导体能承担的电流密度也是有限的,也就是说,超导体容许通过的电流密度也有一个临界值Jc,超过这个临界值,它的超导电性便会被破坏。所以说,超导体有三个性能指标。其一是超导转变温度Tc。当超导体低于某一温度Tc时,便出现完全导电和迈斯纳效应等基本特性。超导材料转变温度愈高愈好,越有利于应用。临界磁场Hc是超导体第二个指标。当T<Tc,将超导体放入磁场中,当磁场高于Hc时,磁力线穿入超导体,超导体被破坏,而成为正常态。Hc和温度的关系是随温度降低,Hc将增加。临界电流密度Jc是第三个指标。

超导材料按磁化特性可以分为两类,即第一类超导体和第二类超导体。第一类超导体在超导态内能完全排除外磁场,且临界磁场Hc只有一个值。除钒、铌、钌外,所有的元素超导体都是第一类超导体。第二类超导体的主要特征是具有两个临界磁场,即下临界磁场Hc1和上临界磁场Hc2。当磁场H低于Hc1时,超导体处于零电阻和完全抗磁性的超导态,即与第一类超导体一样。当磁场H加大至Hc1,并从Hc1逐步增强,磁场部分地进入超导体内,并随着磁场的增加,透入深度增大,直到H=Hc2,磁场完全透入超导体内,使其恢复到具有正常电阻的常导态。超导体在Hc1<H<Hc2之间的状态称为混合态。此时,超导体仍具有零电阻,但不具有完全抗磁性。钒、铌、钌及大多数合金和化合物超导体都属于第二类超导体。由于第二类超导体的临界温度、临界磁场和临界电流都比第一类超导体高,因此,在技术应用上更为重要。

同类推荐
  • 化石真相

    化石真相

    古生物学是什么?它是一门关于化石的学科。它标示着久远和神秘,它看似虚无缥缈,其实,它们才是那么的笃定和真实,因为无一不是那么真实地封印在一块块黏糊糊的石块中,在地壳中随着岩石翻来覆去,一小部分有幸或是说不幸地与世人见面,向人们陈述出它们当时的生活故事。
  • 探究式科普丛书-生物生存的重要能源:土壤

    探究式科普丛书-生物生存的重要能源:土壤

    本书主要介绍了土壤的自然属性、土壤的成因理论、土壤的环境功能、土壤的环境意义和有关化学过程等知识,同时介绍和讨论了当前土壤环境研究领域的前沿问题、有关土壤机理,以及土壤污染研究、治理方法等。
  • 海原大地震·1920

    海原大地震·1920

    海原大地震前,有很多前兆和异常现象。最突出的异常现象表现为:地下水波动、动物异常、地声、地光等。据民国《固原县志》记载:“又有向居平原之人,家有井绳十丈,震前忽强半而能汲水,人以为水旺,其实地震之预兆也。”“未震之先,有居山之人,有时夜半……闻沟内空响。”“震前数日,有后山之人,有时夜半看到山中闪火。”
  • 探究式科普丛书-自然界的状态:自然环境

    探究式科普丛书-自然界的状态:自然环境

    本书主要介绍了自然环境的历史变迁、成因、组成、特点、分布。其中地理环境主要讲地质构造、山川地貌、气候与灾害、水资源、河湖水系、平原、草原、高原等土地和森林、植被与人类的关系。
  • 动手做实验丛书--化学实验操作方法运用

    动手做实验丛书--化学实验操作方法运用

    本系列丛书主要介绍动手做实验,本书详细讲解了化学实验操作方法运用等内容。
热门推荐
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 北区八栋

    北区八栋

    HG大学新生孟尤是个经常做梦的人,他在入住北区六栋之后,不停地做着关于已废弃的北区八栋的梦,在那栋宿舍楼里,他梦见一个穿着道袍的人,一个摆弄着手术刀的研究生师姐...?
  • 对你的宠爱是例外

    对你的宠爱是例外

    对你的宠爱是例外,想和你谈一场甜甜的恋爱?慕羽纯站在西瓜地里:“宋仰!我爱你!”宋仰:“你喜欢吃西瓜,我便送你一片西瓜地;你喜欢我,我便把我送给你。”邵哲玮:“以后换我来等你。”祁寻薏:“羽纯啊,以后有人可以保护你了,我也就可以去追寻我自己的梦想了,答应我,一定要照顾好自己呀!”
  • 末世重生:男神你别跑

    末世重生:男神你别跑

    「爽文,女强男更强,男女主洁身自好,1v1」曾经,她为他们瞻前马后,却不想她哪位最好的闺蜜和她的男朋友背叛了她,还使她落得惨死的下场。重活一世,她不会再默默付出,直至死亡的那一刻才知道一切。她定要亲手让他们尝到比自己痛苦一百倍的滋味!为自己而活!让这个世界为她震撼!但是,这个明明对人很高冷却无赖地缠上她的男人是什么鬼!!?
  • 朕与爱妃

    朕与爱妃

    (经典狗血)奇幻大陆的钥匙,在你那吗?你想发财,就来啊……
  • 橙味火锅季

    橙味火锅季

    连橙有一个愿望,在她大学毕业的那年,一定要去见一见自己喜欢的爱豆。她爱上的那个人名气不大,在千万追捧的鲜肉风暴中很是透明,出道三年,戏没拍几部,城市去了不少,旅游照片没有,满满都是火锅,微博不常动态,私信已读不少,就因为她与他讲了一个关于火锅的梦,于是乎,连橙站在了成都双流机场。
  • 穿越百年的爱恋

    穿越百年的爱恋

    一起成长,一起学习,让我们懂得更多!让我们的成长道路上更加充实!
  • 再会面

    再会面

    叶欣怡是青宁一中众所周知的优等生,但她与一般的优等生不一样,发呆慵懒是她的真实写照,似乎做什么事都后知后觉,甚至对于万泽言闯入她的世界这件事都毫无防御。纨绔无畏的万泽言在遇见叶欣怡之前从未想过自己能对一个女孩用情这么久,从青宁一中到SH再到跨越太平洋……
  • 龙神复苏

    龙神复苏

    一个有些流氓气质的龙神帝国的后裔能否拯救他的国家,人类是否在他的带领下会走出被奴役的命运
  • 晚安,我的男神大大TFBOYS

    晚安,我的男神大大TFBOYS

    又名《九月深蓝》我是应该和星星一起数着我们的未来,我是应该和你一起数着天上的星星。你的名字,占据我的青春。