Alevel物理备考之超导材料知识点解析

超导最早来自于荷兰物理学家,1911年他在实验室发现水银冷却到时,他的电阻率突然下降到一个很低的状态,于是Onnes称这是一种超导状态,而超导体指的是电阻为零的材料,在随后的实验中发现了其他的超导材料,包括室温下作为电绝缘体的材料,弄清超导,我们看一下它的几个特征。

1、超导是如何工作的

在临界温度下,自由电子结合形成库珀对,库珀对相对于单个电子更稳定。

一个经过的电子会吸引超导结构的晶格,将带正电的原子核拉向内部,并在其路径上产生一个正电的波纹,另一个电子背带正电荷的区域吸引,超导由此形成。

2、超导材料

超导体有两种类型,I和II,大多数I型超导体是金属,大多数II型超导体是无机,陶瓷固体。

II型超导材料的临界温度约为120K,因此也被称为高温超导体。

3、超导的应用

超导线圈可以构成电磁铁,这类超导磁铁被广泛用于磁共振成像(MRI),质谱仪(Mass spectrometer)和粒子加速仪(Particle accelerator)。

低温环境下(123K)由于超导允许大电流通过并且不损失任何能量,因此会生成稳定的磁场,这对于人类来说非常有用,因为只需要电力来维持低温,所以这项技术被广泛应用于医学等。

当然这也会带来不小的麻烦,保持低温就意味着需要液氮或液氦,这些都容易泄漏,增加了使用的成本;另外,超导性如若不稳定会突然丧失,同时产生取代空气的惰性气体,从而导致缺氧死亡。

但是现阶段人们还是在不遗余力的在开发和使用超导材料,因为和可能出现的问题相比,超导能够带来的优势太明显了,也因此超导会继续服务于更多工业环境。

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