超导体的特性、原理及应用课件.doc

中国科学技术大学电磁学小论文 论文题目：超导体的特性、原理及应用 作者：蒋哥 学号：PB13206*** 指导老师：周** 日期：2014.6.9 超导体的特性、原理及应用 摘要 超导是指导电材料在温度接近绝对零度的时候，物体分子热运动下材料的电阻趋近于0的性质；“超导体”是指能进行超导传输的导电材料。零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。自从超导发现至今，超导的研究和超导体的研制已迅速发展，超导体的物质结构及性质已逐渐研究清楚，超导的临界温度已从开始的几开升至二百多开，超导材料得到广泛应用，特别是高温超导材料的广泛应用将会给社会带来的巨大变革。 关键词 超导体 零电阻效应 迈斯纳效应 应用 实验验证 三、引言及背景 人类最初发现物体的超导现象是在1911年。当时荷兰科学家卡·翁纳斯等人发现，某些材料在极低的温度下，其电阻完全消失，呈超导状态。使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。经过近100年的发展，临界温度已大大提高，现有的高温超导体用液态氮来冷却高温超导材料的用途非常广阔，大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用即超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。 图中的 Rn为电阻开始急剧减小时的电阻值，对应的温度称为起始转变温度 Ts；当电阻减小到 Rn/2 时的温度称为中点温度 Tm；当电阻减小至零时的温度为零电阻温度T0。 由于超导体的转变温度还与外部环境条件有关，定义在外部环境条件（电流，磁场和应力等）维持在足够低的数值时，测得的超导转变温度称为超导临界温度。 下面对这一特性进行理论分析： 欧姆定律的微分形式：j=σE （j为正常电流密度，σ为电导率，E为电场强度）伦敦方程给出：偏js/偏t=aE和▽×js=bB（a=ns*e^2/m b=-ns*e^2/m ，ns为超导电子密度，em为电子的电荷与质量,js是超导电流密度）超导体中总电流密度j为： j=js+j(假设j仍服从j=σE)在直流情形下有：偏js/偏t=0，由偏js/偏t=aE得E=0，从而应有j=σE=0定性解释：在直流情形，全部电流是由超导电子贡献的，因而表现出0电阻。 磁力线不能穿过它的体内也就是说超导体处于超导态时，体内的磁场恒等于零超导体一旦进入超导状态，体内的磁通量将全部被排出体外，磁感应强度恒为零，且不论对导体是先降温后加磁场，还是先加磁场后降温，只要进入超导状态，超导体就把全部磁通量排出体外。 产生迈斯纳效应的原因是：当超导体处于超导态时，在磁场作用下，表面感生一个无损耗的抗磁超导电流。这个电流产生的磁场恰恰与外加磁场大小相等、方向相反，因而在深入超导区域总合成磁场为零。换句话说，这个无损耗感应电流对外加磁场起着屏蔽作用，因此称它为抗磁性屏蔽电流。 等于无穷大的导体，即用纯电学的观点去看超导体。实际上，这种观点认为超导体与普通导体没有本质区别，其不同之处仅仅在于电导率的大小存在着差异而已，实验证明这种想法是不正确的。 欧姆定律的微分形式 （其中，j是电流密度矢量，E是电场强度，是电导率） 此外，由电磁学的麦克斯韦方程 可知，若将超导看成是的导体，超导体中的磁场B应满足方程 上式表明，超导体内的磁场B与时间t无关，或B不随时间改变，而完全由初始条件决定。即超导体内，如果t=0时，有磁场B，则以后磁场B的大小和方向皆不改变；如果t=0时，超导体内无磁场，则以后恒无磁场。根据以上的结论，我们可以设计两个实验如下图（实验1先冷却再外加磁场，实验2先外加磁场再冷却），如果认为超导体是的普通导体，则应出现图（a）的结果，即超导体内有无磁场，完全取决于初始条件，先冷却，后加磁场则超导体内无磁场；先加磁场，后冷却则超导体内有磁场。但实验结果表明图（a）的情况并未出现。相反，实验结果是图(b)所示的情况。无论是先冷却，后加磁场；还是先加磁场，后冷却，超导体内部最终均无磁场。 （a） （b） 即超导体总是完全排斥磁场的，这是它不同于普通导体的特性。 1.3约瑟夫森效应 当在两块超导体之间存在一块极薄的绝缘层