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物理演示实验报告——测超导磁力

实验原理：

迈斯纳效应：

当一个磁体和一个处于超导态的超导体相互靠近时，磁体的磁场会使超导体表面中出现超导电流。此超导电流形成的磁场，在超导体内部，恰好和磁体的磁场大小相等，方向相反。这两个磁志抵消，使超导体内部的磁感应强度为零，B=0，即超导体排斥体内的磁场。

当超导体处于超导态时，在磁场作用下，表面产生一个无损耗感应电流。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。

迈斯纳效应指明了超导态是一个动态平衡状态，与如何进入超导态的途径无关，超导态的零电阻现象和迈斯纳效应是超导态的两个相互独立，又相互联系的基本属性。单纯的零电阻并不能保证迈斯纳效应的存在，但零电阻效应又是迈斯纳效应的必要条件。因此，衡量一种材料是否是超导体，必须看是否同时具备零电阻和迈斯纳效应。

背景知识：

根据迈斯纳效应所述：完全抗磁性和零电阻效应是超导材料的主要特征，当一个超导体处于外磁场中时，由于抗磁性和磁通钉扎效应的作用，在超导体内部将感应出屏蔽电流，又由于零电阻效应所致，屏蔽电流几乎不随时间衰减，在超导体内持续流动的屏蔽电流产生的磁场与外磁场发生相互作用，从而产生超导磁悬浮现象。

本实验采用超导仪，通过分别测量在超导与非超导条件下的磁铁与超导样品之间的磁力来反映迈斯纳效应。发现当未加液氮进行降温之前，磁力稳定在0.9kg左右，然后在添加了液氮进行降温，超导样品进入超导状态之后，磁力突然增大到1kg以上，由此可以观察到超导体的抗磁性。

实验应用：

自从荷兰科学家凯米林昂纳斯与1911年首次发现超导现象以来，科学家们对低温超导体和高温超导体的研究已经取得了辉煌的成就。它在科研、生产的各个领域都有着广泛的应用。总体来说可以分为两大类：一类是用于强电，用超导体制成大尺度的超导器件，如超导磁铁、电机、电缆等，用于发电、输电、贮能和交通运输等方面。另一类是用于弱电，用超导体制成小尺度的器件，如超导量子干涉器件（简称SQVID）和职称计算机的逻辑元件，用于精密仪器仪表、计算机等方面。

同时，以超导磁悬浮现象为基础的超导磁悬浮技术在能源（飞轮储能）、交通（磁浮车）、机械工业（无摩擦轴承）等诸多领域具有潜在的应用价值。