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超导现象介绍及应用 超导介绍 超导现象的发现 超导的特性 超导材料 超导技术的应用 未来超导技术的发展 1908年，荷兰物理学家昂尼斯首次成功地把称为“永久气体”的氮液化，因而获得4.2K 的低温源，为超导准备了条件，三年后即1911年，在测试纯金属电阻率的低温特性时，他又发现，汞的直流电阻在4.2K时突然消失，多次精密测量表明，汞柱两端压强降为零，他认为这时汞进入了一种以零阻值为特征的新物态，并称为“超导态”。昂尼斯在1911年12月28日宣布了这一发现。但此时他还没有看出这一现象的普遍意义，仅仅当成是有关水银的特殊现象。 超导的发现 迈斯纳效应 迈斯纳效应又叫完全抗磁性，1933年迈斯纳发现，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，超导体就把全部磁通量排出体外。 N N S 降温 降温 加场 加场 S 注：S表示超导态 N表示正常态 超导特性◇ 观察迈纳斯效应的磁悬浮试验 ↓ 在锡盘上放一条永久磁铁，当温度低于锡的转变温度时，小磁铁会离开锡盘飘然升起，升至一定距离后，便悬空不动了，这是由于磁铁的磁力线不能穿过超导体，在锡盘感应出持续电流的磁场，与磁铁之间产生了排斥力，磁体越远离锡盘，斥力越小，当斥力减弱到与磁铁的重力相平衡时，就悬浮不动了。 逐渐增大磁场到达一定值后，超导体会从超导态变为正常态，把破坏超导电性所需的最小磁场称为临界磁场，记为Hc。 有经验公式： Hc(T)=Hc(0)(1-T2/Tc2) 正常态 H Hc(0) Tc T 临界磁场 超导态 把一块磁铁放在超导盘上，由于超导盘把磁感应线排斥出去， 超导盘跟磁铁之间有排斥力，结果磁铁悬浮在超导盘的上 面 临界电流 超导体无阻载流的能力也是有限的，当通过超导体中的电流达到某一特定值时，又会重新出现电阻，使其产生这一相变的电流称为临界电流，记为Ic。目前，常用电场描述Ic(V) ，即当每厘米样品长度上出现电压为1?V时所输送的电流。 Ic(V) I V 失超 超导材料 1986年8月，IBM的苏黎士研究室的米勒教授和贝德诺兹教授发现了一种铜氧化合物，它们在35K的温度下电阻接近于0，一下子把超导温度提高了12度；1986年12月，米勒教授和贝德诺兹教授发现了一种新型的陶瓷超导体(此前超导体都是金属)，这种超导体把超导性的临界温度又提高到了38K； 1987年初，美籍华人科学家朱经武教授和他的学生吴茂琨发现了另外一种材料；钇－钡－铜－氧化物，使超导记录提高到了93K。在这个温度区上，超导体可以用廉价而丰富的液氮来冷却， 1998年7月，北京有研总院与其他单位共同研制成功中国第一根一米长一千安培铋系高温超导直流输电模型电缆。这项成果被两院院士列为当年中国十大科技进展。此次研制成功的高温超导带材长一百一十六米，宽三点六毫米，厚为零点二八毫米，以螺旋管方式缠绕，用四引线法全长度测量，77Ｋ液氮温度（零下一百六十九摄氏度）自场下临界电流达十二点七安培，各项技术指标均达到国内领先水平。 德国Augsburg大学的科研人员近日宣布，其经过研究发明了一种新型的超导电材料，该超导电体具有强大的电力传输能力，如果其得以广泛应用的话，将大大降低电力输送线路的生产成本。这次他们研制的超导电材料，其实是利用现有的超导电材料制成，其工作性能良好，并且对生产工艺要求不高。 超导的应用 下个世纪初高温超导材料在电力方面的应用将获得突破性的进展，在输电电缆、限流器、变压器等电力设备上都将有超导应用的身影。液氮高温超导材料以其相对比较高的温度要求，能够更容易实现，对电力应用来说，其推动较为明显。若把超导磁体运用到发电机、电动机上就可以较好地解决人类与日俱增的用电需求。目前发电机单机功率可达100万 kW/H，到21世纪初需要增加到更大。发电机的输出容量与磁感应强度、电枢电流密度的乘积成正比。用超导磁体代替电磁铁，磁感应强度和电流密度可分别提高许多倍。因此，在下一个世纪的电机中，电磁铁将逐步被超导磁体取代。 在电力设备领域中，采用超导材料技术，发达国家及我国都已有几十年的奋斗历史，这是因为利用这种材料有利于设备的小型化、轻量化及高效化；抑制由于电力系统容量增大而增加的短路电流；解决因大电网而引起的系统不稳定问题以及高密度、高可靠性的输电问题；对付峰值负载和降低价格等。 在磁场中生长单晶炉是80年代发展起来的一项新技术，目前广泛应用于直接生长单晶硅、砷化镓和蓝宝石等晶体。磁拉单晶生长炉采用超导磁体有许多优点，如线圈体积小、重量轻、耗电小；可以根据要求设计成形状复杂的磁场，且磁场集中、磁漏小等。目前已有