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  • 1 # 電路原理圖講解

    超導體(英文名:superconductor),又稱為超導材料,指在某一溫度下,電阻為零的導體。在實驗中,若導體電阻的測量值低於10-25Ω,可以認為電阻為零。超導體不僅具有零電阻的特性,另一個重要特徵是完全抗磁性。人類最初發現超導體是在1911年,這一年荷蘭科學家海克·卡末林·昂內斯(Heike Kamerlingh Onnes)等人發現,汞在極低的溫度下,其電阻消失,呈超導狀態。此後超導體的研究日趨深入,一方面,多種具有實用潛力的超導材料被發現,另一方面,對超導機理的研究也有一定進展。目前,超導體已經進行了一系列試驗性應用,並且開展了一定的軍事、商業應用,在通訊領域可以作為光子晶體的缺陷材料。超導體具有三個基本特性:完全電導性、完全抗磁性、通量量子化。完全導電性完全電導性又稱零電阻效應,指溫度降低至某一溫度以下,電阻突然消失的現象。完全電導性適用於直流電,超導體在處於交變電流或交變磁場的情況下,會出現交流損耗,且頻率越高,損耗越大。[1] 交流損耗是超導體實際應用中需要解決的一個重要問題,在宏觀上,交流損耗由超導材料內部產生的感應電場與感生電流密度不同引起;在微觀上,交流損耗由量子化磁通線粘滯運動引起 。交流損耗是表徵超導材料效能的一個重要引數,如果交流損耗能夠降低,則可以降低超導裝置的製冷費用,提高執行的穩定性。[3] 完全抗磁性邁斯納效應(2張)完全抗磁性又稱邁斯納效應,“抗磁性”指在磁場強度低於臨界值的情況下,磁力線無法穿過超導體,超導體內部磁場為零的現象,“完全”指降低溫度達到超導態、施加磁場兩項操作的順序可以顛倒。完全抗磁性的原因是,超導體表面能夠產生一個無損耗的抗磁超導電流,這一電流產生的磁場,抵消了超導體內部的磁場。超導體電阻為零的特性為人們所熟知,但超導體並不等同於理想導體。從電磁理論出發,可以推匯出如下結論:若先將理想導體冷卻至低溫,再置於磁場中,理想導體內部磁場為零;但若先將理想導體置於磁場中,再冷卻至低溫,理想導體內部磁場不為零。對於超導體而言,降低溫度達到超導態、施加磁場這兩種操作,無論其順序如何,超導體超導體內部磁場始終為零,這是完全抗磁性的核心,也是超導體區別於理想導體的關鍵。[4] 通量量子化通量量子化又稱約瑟夫森效應,指當兩層超導體之間的絕緣層薄至原子尺寸時,電子對可以穿過絕緣層產生隧道電流的現象,即在超導體(superconductor)—絕緣體(insulator)—超導體(superconductor)結構可以產生超導電流。約瑟夫森效應約瑟夫森效應分為直流約瑟夫森效應和交流約瑟夫森效應。直流約瑟夫森效應指電子對可以透過絕緣層形成超導電流。交流約瑟夫森效應指當外加直流電壓達到一定程度時,除存在直流超導電流外,還存在交流電流,將超導體放在磁場中,磁場透入絕緣層,超導結的最大超導電流隨外磁場大小作有規律的變化。

  • 2 # 林根數學

    超導理論,超導有理論嗎?原來底理論根本無法解釋陶瓷超導,就是中國趙忠賢搞得那些。早年記著還瞎說超導陶瓷是趙首發的,是嗎?

  • 3 # 裸猿的故事

    【人們談及超導就說他沒有電阻,這是真的嗎?是否意味著用奈米級線材就可以傳輸無窮大的電能】

    不管是用普通導體還是超導體,都可以在無限長的時間內傳輸無窮大的電能,題主的問題與導體是否是超導體毫無關係。如果要在有限的時間內傳輸無窮大的電能,那直接違背基礎物理學定律,因為這意味著需要無限多的電子。

    電阻是一個物體對於電流透過的阻礙能力,按照歐姆定律,電阻與電阻率、長度成正比,與截面面積成反比。題主專門提到奈米級線材,顯然是受到歐姆定律的影響,普通導體的電阻,截面面積越小產生的電阻越大。同時按照歐姆定律,如果某材料的電阻為零,那就意味著在該材料中的電流為無限大!注意,是電流為無限大,不代表電能是無限大,或許提問者混淆了電流和電能。

    圖示:歐姆定律。R:電阻;V:電壓差;I:電流。注意,歐姆定律是一個經驗定律,它不能用於所有情況,遵守歐姆定律的被稱為“歐姆元件”或“歐姆電路”或“歐姆式導體”。但在現實世界中電動機、變壓器以及超導體都不遵守歐姆定律。

    所以,我們在實驗室中能得到超導體,即在某個特定的條件下(低溫以及其它條件如低磁場強度),材料的電阻為零(先不考慮是否完全等於零,還是有很小一點點電阻。),同時材料中的電流不是無限大。這就是為什麼說超導體不是歐姆式導體的原因,按照歐姆定律,超導體中的電流無論電壓多低,都應該是無窮大,否則電阻在數學上就不可能等於零。但我們不能使用歐姆定律否定超導體的存在,也不能用超導體的存在否定歐姆定律。

    而事實上,人們也很快發現,如果增加超導體中的電流強度,那麼在其他條件不變的情況下,超導體將轉變為普通導體,失去超導性質,這被稱為超導體的臨界電流,這證明我們生活在現實世界而不是魔幻世界,因為無限就是一個魔幻般的東西,只能生存在數學世界中,不應該出現在現實世界裡,超導體不能承載無限的電流,是個好事。但當然,我們希望超導材料擁有較高的臨界電流,否則這種現象就沒有現實實用價值了。同時,超導性只對直流電有效,而對交流電無效,當然電阻依然很小但不是零。所以,通常說的超導體的電阻為零,指的是直流電情況下電阻為零。

    所以,如果題主關心的是超導體和歐姆定律之間的相愛相殺,那麼可以明確的說兩點,第一,超導體是存在的(這有著眾多的實驗證據),第二,但同時它不能承載無限的電流。

    另外,必須提及的是,超導體的怪異之處,不僅表現為電阻為零,還表現為超導體具有近乎完全的抗磁性。

    圖示:當材料在特定條件下(低溫等)轉變為超導體後,它就擁有了完全抗磁性,磁場幾乎不能進入該材料內。而不同型別的超導材料,對於磁場的通透性還有不同之處,比如二型超導材料在一定的磁場強度中允許磁場部分透過材料,因此可以實現一些很有趣的懸浮現象,未來也許存在某種現實用處。

  • 4 # 飛賊克斯和康德馬特

    對,超導體的電阻率為零,而且,是絕對的零。

    超導在1911年由荷蘭物理學家卡末林.昂尼斯團隊發現,第一個超導體是金屬汞,臨界溫度為4.2 K,即在4.2 K以下電阻突然降為零。

    超導體電阻為零,起初昂尼斯團隊是認為電阻超出了儀器測量精度(0.00001 Ω),他們已經“測不到了”,所以認為是零。後來,昂尼斯的工程師Gerrit Flim為了證實超導體電阻到底有多小,花了20年左右的實驗不斷重複實驗並提高精度,最終也未能測量到超導體電阻率的極限值,也就是說,它還是零。Flim設計的實驗原理很簡單:他設計了兩個並列線圈,被金屬圓筒包圍以遮蔽地磁場,其中一個線圈是超導體,引入電流後斷開出路,電流就會在超導環裡持續穩定地存在,相當於一個磁體。第二個線圈是一個普通銅線圈,需要外接電流,也相當於一個磁體。兩個線圈中間設一個磁針,調整銅線圈中的電流大小和超導線圈初始值一樣,那麼磁針就不受外力而指向東西方向(避免和地磁場的南北方向混淆)。一旦超導線圈出現電阻,其中的電流就會發生衰減,磁針的指向也就會發生偏轉,或者需要調整銅線圈電流讓磁針不偏轉。顯然,超導線圈中電流越大,這個實驗效果就越明顯。但是Flim最終加到了200 A的大電流,也沒有發現磁針的任何偏轉。

    後來,隨著儀器測量精度的提高,人們證明超導體電阻率低於10^-18 Ω.m。而室溫下導電性極好的金屬如金、銀、銅、鐵、鋁、鉑等的電阻率一般為10^-8 Ω.m。可見超導體導能力要強10個數量級,名副其實的“超級導電”。假設利用電磁感應方法,在超導環內感應出1 A的電流,可以透過測量該環形電流產生的磁場來判斷電流是否衰減。粗略估計,如果周圍低溫環境能夠永遠保持,超導狀態永不改變的話,那麼至少需要1000億年才能徹底衰減掉這個電流。相比之下,我們宇宙的年齡,也不過137億年。因此,在人類有生之年,完全可以認為超導體電阻就是絕對的零!

    但是,超導體承載的電流並不是無限大的!原因是超導體還存在臨界電流密度。一旦超過這個電流密度,超導狀態將不可恢復,電阻就會出現。事實上,超導體存在至少三個關鍵臨界引數:臨界溫度、臨界磁場、臨界電流密度。三者還會互相影響,必須在三者都足夠小的情況下,構成的超導臨界曲面範圍內,超導才可以穩定地存在。

    如果採用超導奈米線來承載超導電流,那麼電流密度是極大的,也極其容易破壞超導狀態。現在量子通訊中採用的超導鈮單光子探測器就是利用了這個原理,將金屬鈮的薄膜刻蝕成極窄的奈米線陣列,一旦有光子進入將導致局域升溫。溫度上升幅度雖然很小,但足以導致臨界電流密度迅速減小,原先承載的超導電流將達到破壞超導的程度,也就得到了電阻值,從而出現電壓訊號。

  • 5 # 霜花121516731

    超導體是電阻非常小的物體。我們知道,組成物體的分子,原子,粒子等都是在不停地振動的。不同的物質的振動頻率是不同的。這種振動,就會對流經該物體的電流產生阻力,阻礙電流的透過,這就是電阻。為了克服電阻,科學家發現了在超低溫這個環境下,有些物質的電阻會變得非常小,這就是我們所說的超導體。但是,這樣的超導體使用成本高,而且還不方便。為了能夠實現常溫超導,我們可以改變方法,從電流上解決問題。我們知道,任何物體都是振動的,而這個振動頻率都是可測的(許多物體的振動頻率都是已知的了),如果我們將要透過一種導體的電流(直流電)透過除錯的方法,將電流的頻率調到與這種導體的振動頻率一致的話,那麼,這種頻率的電流在透過這種導體的時候,就會產生共振現象,這樣,這種導體對這種相同頻率的電流不但不會行成阻力,而且由於共振作用,還能有放大的效果。

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