超导的简单科普(3)
2023-04-08 来源:文库网
三、超导体的特性
超导体具有三个基本特性：完全电导性、完全抗磁性、通量量子化。
完全导电性
完全导电性又称零电阻效应，指温度降低至某一温度以下，电阻突然消失的现象。而且，超导体内部电场总为零。
完全导电性适用于直流电，超导体在处于交变电流或交变磁场的情况下，会出现交流损耗，且频率越高，损耗越大。交流损耗是超导体实际应用中需要解决的一个重要问题，在宏观上，交流损耗由超导材料内部产生的感应电场与感生电流密度不同引起；在微观上，交流损耗由量子化磁通线粘滞运动引起 。交流损耗是表征超导材料性能的一个重要参数，如果交流损耗能够降低，则可以降低超导装置的制冷费用，提高运行的稳定性。
完全抗磁性
完全抗磁性又称迈斯纳效应，“抗磁性”指在磁场强度低于临界值的情况下，磁力线无法穿过超导体，超导体内部磁场为零的现象，“完全”指降低温度达到超导态、施加磁场两项操作的顺序可以颠倒。完全抗磁性的原因是，超导体表面能够产生一个无损耗的抗磁超导电流，这一电流产生的磁场，抵消了超导体内部的磁场。
超导体电阻为零的特性为人们所熟知，但超导体并不等同于理想导体。从电磁理论出发，可以推导出如下结论：若先将理想导体冷却至低温，再置于磁场中，理想导体内部磁场为零；但若先将理想导体置于磁场中，再冷却至低温，理想导体内部磁场不为零。对于超导体而言，降低温度达到超导态、施加磁场这两种操作，无论其顺序如何，超导体超导体内部磁场始终为零，这是完全抗磁性的核心，也是超导体区别于理想导体的关键。
严格地说，理想的迈斯纳效应只能在沿磁场方向的非常长的圆柱体中发生。对于其他形状的超导体，磁感线排除的程度与样品的几何形状有关。在一般情况下，整个金属体内分为许多超导区和正常区。磁场增强时，正常区扩大，超导区缩小。当达到临界磁场时，整个金属体都变成正常的了。（下文会提到）
迈斯纳效应可以简单地由下式推出：
来自 Bardeen, Cooper,Schrieffer. Chapter 10: Superconductivity. 讲义
迈斯纳效应（Meissner effect）
迈斯纳效应
超导体具有三个基本特性：完全电导性、完全抗磁性、通量量子化。
完全导电性
完全导电性又称零电阻效应，指温度降低至某一温度以下，电阻突然消失的现象。而且，超导体内部电场总为零。
完全导电性适用于直流电，超导体在处于交变电流或交变磁场的情况下，会出现交流损耗，且频率越高，损耗越大。交流损耗是超导体实际应用中需要解决的一个重要问题，在宏观上，交流损耗由超导材料内部产生的感应电场与感生电流密度不同引起；在微观上，交流损耗由量子化磁通线粘滞运动引起 。交流损耗是表征超导材料性能的一个重要参数，如果交流损耗能够降低，则可以降低超导装置的制冷费用，提高运行的稳定性。
完全抗磁性
完全抗磁性又称迈斯纳效应，“抗磁性”指在磁场强度低于临界值的情况下，磁力线无法穿过超导体，超导体内部磁场为零的现象，“完全”指降低温度达到超导态、施加磁场两项操作的顺序可以颠倒。完全抗磁性的原因是，超导体表面能够产生一个无损耗的抗磁超导电流，这一电流产生的磁场，抵消了超导体内部的磁场。
超导体电阻为零的特性为人们所熟知，但超导体并不等同于理想导体。从电磁理论出发，可以推导出如下结论：若先将理想导体冷却至低温，再置于磁场中，理想导体内部磁场为零；但若先将理想导体置于磁场中，再冷却至低温，理想导体内部磁场不为零。对于超导体而言，降低温度达到超导态、施加磁场这两种操作，无论其顺序如何，超导体超导体内部磁场始终为零，这是完全抗磁性的核心，也是超导体区别于理想导体的关键。
严格地说，理想的迈斯纳效应只能在沿磁场方向的非常长的圆柱体中发生。对于其他形状的超导体，磁感线排除的程度与样品的几何形状有关。在一般情况下，整个金属体内分为许多超导区和正常区。磁场增强时，正常区扩大，超导区缩小。当达到临界磁场时，整个金属体都变成正常的了。（下文会提到）
迈斯纳效应可以简单地由下式推出：
来自 Bardeen, Cooper,Schrieffer. Chapter 10: Superconductivity. 讲义
迈斯纳效应（Meissner effect）
迈斯纳效应
