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什么是超导体?基本特性有哪些?应用介绍

1.什么是超导体

超导体是导电材料的一种,指某些材料在特定温度环境中其电阻率会处于零状态。1911年,荷兰科学家昂内斯发现,在液氦温区绝对温度4K的条件下,水银的电阻突然消失,他把这个现象称为超导现象。他因此获得诺贝尔物理学奖。

超导材料

2.超导体的基本特性

(1)零电阻效应。

(2)完全抗磁性:1933年,德国物理学家迈斯纳(W.Meissner)通过实验发现:当置于磁场中的导体通过冷却过渡到超导态时,原来进入此导体中的磁感线会一下子被完全排斥到超导体之外,超导体内磁感应强度变为零,这表明超导体是完全抗磁体。这个现象称为迈斯纳效应。

(3)存在临界磁场:实验表明,超导态可以被外磁场所破坏,在低于Tc的任一温度T下,当外加磁场的磁感应强度B小于某一临界值Bc时。超导态可以保持;当B大于Bc 时,超导态会被突然破坏而转变成正常态。临界磁场Bc不仅与超导体本身性质有关,还与温度T有关。

(4)同位素效应:超导体的临界温Tc与其同位素质量M有关。M越大,Tc越低,这称为同位素效应。例如,原子量为199.55的汞同位素,它的Tc是4.18开,而原子量为203.4的汞同位素,Tc 为4.146开。

3.超导体的应用

(1)零电阻输电: 在电网的输电过程中,电能的损耗在5%-7%,如果国家电网都用超导线进行输电,则年可节约几千亿度电,这对节约能源、减少碳排放有重要作用。

(2)磁悬浮列车: 磁悬浮列车的速度可达600km/h,若放在真空管道,则可达3000km/h以上,可极大提高运输效率。

(3)核磁共振:稳定的强磁场可以给医院的核磁共振设备带来更加精确的检测结果。

(4)超导量子干涉仪: 利用超导体的约瑟夫森效应可以做成超导量子干涉仪,其对磁场的测量精度可达地磁场的亿分之一,是非常重要的科研仪器。

(5)回旋加速器: 欧洲核子研究中心的回旋加速器,使用了约1200吨的超导线材,以帮助提供稳定的强磁场,以实现粒子的偏转。

(6)可控核聚变: 在目前的托卡马克核聚变装置中,仅超导线材的长度就达到了15万公里,这些超导体可以提供强磁场来束缚上亿度的等离子体。

(6)量子计算机: 有理论表明,量子计算机的计算能力相较于普通计算机有质的飞跃,其中的超导芯片可以在提高运算速度的同时,也降低功耗。

以上就是有关于超导体的定义、基本特性及应用的全面梳理,如果还想了解更多超导体的相关内容,敬请关注三个皮匠报告网站。

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