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1 # 諸艾文
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2 # raziel_j
把一塊磁鐵放到超導體上,磁鐵會懸浮在上面。原因是什麼?答案是渦流,磁鐵從一般金屬的上方掉下來的時候,變化的磁場會令人金屬感應出渦流生成一個反向磁場阻礙磁鐵接近使其減速(鋁銅等非磁性金屬),一般金屬由於有電阻的存在導致渦流迅速消失,因此磁鐵會最終會落到金屬上,而超導體不同,它沒有電阻,感應渦流不會隨時間消失會一直持續下去,所以磁鐵可以一直在超導體上懸浮。
看一眼超導體的電阻-溫度曲線,很明顯看出來,在達到超導的相變溫度(而不是絕對零度)的時候,儀器已經完全測不出電阻了。這種情況下,根據相變溫度附近的變化曲線進行擬合(圖中為92K附近的那條几乎豎直的線),可以輕易的外推得知,更低溫度下的電阻應該為0。
事實上,受到儀器量程與精度等因素的限制,我們是很難得出一個“絕對是0”的實驗結果的。但是在這裡,外推法是十分合理的,而且其結論是對現象的描述非常成功的。
與之相對比:我們知道,金屬的電阻隨溫度下降而下降,實際上某些金屬,在0K附近的時候,其電阻就已經非常非常小,甚至像超導體的電阻一樣難以被觀測到。這時如何判斷一個材料到底是一個超導體,還是一個低溫金屬呢?上面提到的外推,在這裡就顯現出其作用了。對於低溫金屬,其電阻變化近似是一條直線,從較高電阻線性變化至幾乎0電阻。而對於超導體,在達到超導相變溫度之後,就會有一個電阻的“斷崖”,電阻值從某個數值突然變化為0。這樣的區別使得我們可以較為容易得判斷,一種材料到底是超導體還是低溫金屬。
另一種判斷方法則與題目中給出的圖有關:
超導體的完全/部分抗磁性。由於超導體的獨特性質,在超導體內部可以形成環電流,進而激發出與外界磁場大小相等,方向相反的內部磁場,進而與外界磁場完全抵消,達成抗磁性,磁感線無法透過超導體,如右圖。而在低溫金屬中,則沒有這個性質,磁感線可以透過,如圖左。而在部分抗磁性的情形下,還會出現諸如磁通量的量子化等現象,也表明了超導體的獨特性質。