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迈斯纳效应(迈斯纳效应与过程有关)

wwwnzt88com2年前 (2022-06-26)干货83

<h2>超导现象的本质是什么?

人类用液化气获得了低温,科学家利用低温做什么呢? 他们需要做的事情很多。 其中最重要的是继续探索其古老问题,研究无生命物质在低温下是如何变化的。

1910年,翁尼斯开始和他的学生研究低温条件下物质状态的变化。 1911年,他们在研究汞电阻与温度变化的关系时,发现温度低于4K时,凝固在固体中的汞电阻突然下降,为零,使翁尼斯感到惊讶。 水银的电阻会消失得无影无踪。 即使是当时最有想象力的科学家也没有预想到低温会发生这种现象。

为了进一步证实这一发现,他们用固体汞做了一个环路,使磁铁通过环路产生了感应电流。 通常,只要磁铁停止移动,由于电阻的存在,环路内的电流就会立即消失。 然而,当汞环处于4K以下的低温时,即使磁体停止运动,感应电流依然存在。 这种奇怪的现象能维持多久呢? 他们继续定期测量,经过一年的观察,得出的结论是,如果汞环的温度小于4K,电流将长期存在,没有强度减弱的迹象。

接着,昂尼斯对多种金属、合金、化合物材料进行了低温实验,发现它们大多具有低温下电阻消失、感应电流长期存在的现象。 由于在正常条件下导体有电阻,昂尼斯把这种低温下电阻丧失的现象称为超导。 在获得一系列成功的实验后,安尼斯很快正式宣布了这一发现,很快引起科学界的高度重视,安尼斯也获得了1913年诺贝尔物理学奖。

超导体冷却到某一临界温度( TC )以下时电阻突然为零的现象称为超导体的零电阻现象。 临界温度因超导体而异。 例如,汞的临界温度为4.15k(k为绝对温度,0K相当于负273),高温超导体YBCO的临界温度为94K。

完全反磁性

当超导体冷却到临界温度以下达到超导状态时,如果周围外加磁场不够强,破坏超导性,超导体就会将穿透体内的磁力线完全排斥在体外,在超导体内永久保持磁感应强度为零。 超导体的这种特殊性质被称为“迈斯纳效应”。

迈斯纳效应和零电阻现象是超导体的两个基本特性,它们相互独立、密切相关。

迈斯纳和奥克森费尔德于1933年发现超导体具有完全的抗磁性,即“迈斯纳”效应。 迈斯纳效应的发现使人们认识到超导体的行为并不是不可逆转的。 之后,人们比较全面地了解了超导体的基本性质。

超导状态临界参数

临界温度( TC )超导体必须冷却到某临界温度以下才能维持超导性。

临界电流密度( JC )通过超导体的电流密度必须小于一定的临界电流密度,才能维持超导体的超导性。

施加于临界磁场( HC )超导体的磁场必须小于某临界磁场,才能维持超导体的超导性。

上述3个参数相互关联,其相互关系如右图所示。

超导体的分类

现已查明,常压下具有超导电性的元素金属有32种(如右图周期表的青色方框所示),高压下或制成薄膜状时具有超导电性的元素金属有14种(如右图周期表的绿色方框所示)。

类超导体

第类超导体主要含有常温下具有良好导电性的纯金属,如铝、锌、镓、镉、锡、铟等。 这种超导体熔点低、材质柔软,因此也被称为“软超导体”。 其特点是从正常状态过渡到超导状态时没有中间状态,具有完全的抗磁性。 型超导体由于临界电流密度和临界磁场低,没有太大实用价值。

类超导体

除金属元素钒、锝、铌外,第类超导体主要包括金属化合物及其合金。 类超导体与类超导体的区别主要有:

级超导体从正常状态变为超导状态时,一个中间状态(混合状态);

类超导体混合状态下存在磁通线,但类超导体中不存在;

级超导体比级超导体具有更高的临界磁场、更大的临界电流密度和更高的临界温度。

类超导体根据是否具有磁通聚集中心分为理想类超导体和不理想类超导体。

理想型超导体晶体结构比较完整,磁通不中心固定,磁通线均匀排列时,磁通线周围涡流相互抵消,其体内无电流流动,因此不具有较高的临界电流密度。 非理想级超导体晶体结构有缺陷,磁通中心固定,其体内磁通排列不均匀,体内各处涡流不完全抵消,出现体内电流,具有高临界电流密度。 实际上,真正适合实际应用的超导材料是非理想的类超导体。

<h2>超导现象的本质是什么?

人类用液化气获得了低温,科学家利用低温做什么呢? 他们需要做的事情很多。 其中最重要的是继续探索其古老问题,研究无生命物质在低温下是如何变化的。

1910年,翁尼斯开始和他的学生研究低温条件下物质状态的变化。 1911年,他们在研究汞电阻与温度变化的关系时,发现温度低于4K时,凝固在固体中的汞电阻突然下降,为零,使翁尼斯感到惊讶。 水银的电阻会消失得无影无踪。 即使当时最富有

象力的科学家也没料到低温下会有这种现象。

为了进一步证实这一发现,他们用固态的水银做成环路,并使磁铁穿过环路使其中产生感应电流。在通常情况下,只要磁铁停止运动由于电阻的存在环路中的电流会立即消失。但当水银环路处于4K之下的低温时,即使磁铁停止了运动,感应电流却仍然存在。这种奇特的现象能维持多久呢?他们坚持定期测量,经过一年的观察他们得出结论,只要水银环路的温度低于4K,电流会长期存在,并且没有强度变弱的任何迹象。

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。

将超导体冷却到某一临界温度(TC)以下时电阻突然降为零的现象称为超导体的零电阻现象。不同超导体的临界温度各不相同。例如,汞的临界温度为4.15K(K为绝对温度,0K相当于零下273℃),而高温超导体YBCO的临界温度为94K。

完全抗磁性

当超导体冷却到临界温度以下而转变为超导态后,只要周围的外加磁场没有强到破坏超导性的程度,超导体就会把穿透到体内的磁力线完全排斥出体外,在超导体内永远保持磁感应强度为零。超导体的这种特殊性质被称为"迈斯纳效应"。

迈斯纳效应与零电阻现象是超导体的两个基本特性,它们既互相独立,又密切联系。

迈斯纳和奥克森费尔特于1933年发现超导体具有完全抗磁性,即"迈斯纳"效应。迈斯纳效应的发现使人们认识到超导体的行为并不是不可逆的。在此之后人们才比较全面地了解了超导体的基本性质。

超导态的临界参数

■临界温度(TC)--超导体必须冷却至某一临界温度以下才能保持其超导性。

■临界电流密度(JC)--通过超导体的电流密度必须小于某一临界电流密度才能保持超导体的超导性。

■临界磁场(HC)--施加给超导体的磁场必须小于某一临界磁场才能保持超导体的超导性。

■以上三个参数彼此关联,其相互关系如右图所示。

超导体的分类

目前已查明在常压下具有超导电性的元素金属有32种(如右图元素周期表中青色方框所示),而在高压下或制成薄膜状时具有超导电性的元素金属有14种(如右图元素周期表中绿色方框所示)。

第I类超导体

第I类超导体主要包括一些在常温下具有良好导电性的纯金属,如铝、锌、镓、镉、锡、铟等,该类超导体的溶点较低、质地较软,亦被称作"软超导体"。其特征是由正常态过渡到超导态时没有中间态,并且具有完全抗磁性。第I类超导体由于其临界电流密度和临界磁场较低,因而没有很好的实用价值。

第II类超导体

除金属元素钒、锝和铌外,第II类超导体主要包括金属化合物及其合金。第II类超导体和第I类超导体的区别主要在于:

■第II类超导体由正常态转变为超导态时有一个中间态(混合态);

■第II类超导体的混合态中有磁通线存在,而第I类超导体没有;

■第II类超导体比第I类超导体有更高的临界磁场、更大的临界电流密度和更高的临界温度。

第II类超导体根据其是否具有磁通钉扎中心而分为理想第II类超导体和非理想第II类超导体。

理想第II类超导体的晶体结构比较完整,不存在磁通钉扎中心,并且当磁通线均匀排列时,在磁通线周围的涡旋电流将彼此抵消,其体内无电流通过,从而不具有高临界电流密度。非理想第II类超导体的晶体结构存在缺陷,并且存在磁通钉扎中心,其体内的磁通线排列不均匀,体内各处的涡旋电流不能完全抵消,出现体内电流,从而具有高临界电流密度。在实际上,真正适合于实际应用的超导材料是非理想第II类超导体。

本文到此结束,希望能对大家有所帮助哦。

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