超導(dǎo)體處于主導(dǎo)地位

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 初中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)


超導(dǎo)體最重要的特點是電流通過時電阻為零,有一些類型的金屬(特別是鈦、釩、鉻、鐵、鎳),當(dāng)將其置于特別低的溫度下時,電流通過時的電阻就為零。在普通的導(dǎo)體中,大部分通過導(dǎo)體的電流由于電阻的原因變?yōu)闊崮,因而被“消耗”掉了。在超?dǎo)體中,實際上沒有阻力,這樣,一旦接通電流,從理論上講就永遠不會中斷。在一個用超導(dǎo)體制成的電磁體(一個線圈,電流從中通過時產(chǎn)生電磁場)所構(gòu)成的電路中,從理論上講只送入一次電流,就可以在電路內(nèi)不停的流動,從而就能使電磁場持續(xù)不斷。當(dāng)然,實際上是存在損耗的,不可能實現(xiàn)這類“永動”,不能不去考慮必需的能源投入,以使超導(dǎo)體能保持其產(chǎn)生零電阻現(xiàn)象所需要的底溫狀態(tài)(即-269℃,比絕對零度高出4℃)。

然而,從80年代初開始,人們發(fā)現(xiàn)了新材料。這種新材料能夠在越來越接近常溫的條件下形成超導(dǎo)體。為在這些物質(zhì)的基礎(chǔ)上獲得超導(dǎo)體,各國都正在進行各種研究。這種材料同傳統(tǒng)材料的區(qū)別在于它不需要冷卻系統(tǒng)。

超導(dǎo)現(xiàn)象是1911年由荷蘭人海克?卡默林?翁內(nèi)斯(1853-1926)發(fā)現(xiàn)的。幾十年中,沒有人能做出解釋。在理論上讓人信服的解釋出現(xiàn)在半個世紀之后,即在1957年由物理學(xué)家約翰?巴。ňw管發(fā)明者之一)、利昂?庫珀和約翰施里弗宣布的“BCS理論”。電流是一種在金屬離子,亦即帶有多出的正電荷的原子周圍流動的自由電子,電阻的產(chǎn)生是因為離子阻礙了電子的流動,而阻礙的原因又是由于原子本身的熱振動以及它們在空間位置的不確定所造成的。

在超導(dǎo)體中,電子一對一對結(jié)合構(gòu)成了所謂的“庫珀對”,它們中的每一對都以單個粒子的形式存在。這些粒子抱成一團流動,不顧及金屬離子的阻力,好像是液體一樣在流動。這樣,事實上就中和了任何潛在的阻力因素。


在普通導(dǎo)體中會發(fā)生什么情況

上邊這幅圖使電傳導(dǎo)觀念形象化了,電傳導(dǎo)就如同球體(電子)運動一樣。它在斜面上流動(斜面相當(dāng)于一個導(dǎo)體)障礙物代表金屬離子不規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),它們不允許電子自由流動。這就是形成電阻的原因。電子與全屬離子相撞,輸出了它的部分能量,這些能量又轉(zhuǎn)化為熱量。

超導(dǎo)體會發(fā)生什么變化

超導(dǎo)體中電子兩個兩個地成組聚集在所謂的“庫珀對”里面,它們又表現(xiàn)為單一的粒子,這同煤氣分子能夠聚集成液體狀是同樣的道理。超導(dǎo)電子作為整體以液體的形態(tài)表現(xiàn)出來,盡管存在著由于金屬離子擺動和金屬離子網(wǎng)的不規(guī)則帶來的阻礙,它還是能夠自由流動而不受影響。


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