​超导现象（超导现象的基本性质是）

超导现象（超导现象的基本性质是）

超导现象是什么？

超导现象是指材料在低于某一温度时，电阻变为零的现象，而这一温度称为超导转变温度(Tc)。超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性。

1911年荷兰科学家翁纳斯(Onnes)在测量低温下水银电阻率的时候发现，当温度降到零下269度附近，水银的电阻竟然消失了!电阻的消失叫做零电阻性。所谓“电阻消失”，只是说电阻小于仪表的最小可测电阻。也许有人会产生疑问：如果仪表的灵敏度进一步提高，会不会测出电阻呢?用“持久电流”实验可以解决这个问题。零。如果回路没有电阻，自然就没有电能的损耗。一旦在回路中激励起电流，不需要任何电源向回路补充能量，电流可以持续地存在下去。有人曾在超导材料做成的环中把电流维持两年半之久而豪无衰减。由此可以电阻率的上限为10-23欧姆厘米，还不到最纯的铜的剩余电阻率的百万亿分之一。零电阻效应是超导态的两个基本性质之一。

由正常导体组成的回路是有电阻的，而电阻意味着电能的损耗，即电能转化为热。这样， 如果没有电源不断地向回路补充能量，回路中的电能在极短时间( 例如微秒)里全部消耗完，电流衰减到零。如果回路没有电阻，自然就没有电能的损耗。一旦在回路中激励起电流，不需要任何电源向回路补充能量，电流可以持续地存在下去。有人曾在超导材料做成的环中把电流维持两年半之久而豪无衰减。由此可以电阻率的上限为10-23欧姆厘米，还不到最纯的铜的剩余电阻率的百万亿分之一。零电阻效应是超导态的两个基本性质之一。

超导态的另一个基本性质是抗磁性，又称迈斯纳(Meissner) 效应。即在磁场中一个超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强度与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零。也就是说，磁力线完全被排斥在超导体外面。

超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。

1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质——当金属处在超导状态时，超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。

对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”迈斯纳效应于1933年被瓦尔特·迈斯纳与罗伯特·奥克森菲尔德在量度超导锡及铅样品外的磁场时发现。

在有磁场的情况下，样品被冷却至它们的超导相变温度以下。在相变温度以下时，样品几乎抵消掉所有里面的磁场。

他们只是间接地探测到这个效应;因为超导体的磁通量守恒，当里面的场减少时，外面的场就会增加。这实验最早证明超导体不只是完美的导电体，并为超导态提供一个独特的定义性质。

更多信息可以参考 超导现象

超导反应是指什么？

超导的反应是称为超导现象。

某些物质在很低的温度时，电阻就变为零，这种现象称为超导现象。超导现象的优点：在电厂发电、输送电能等方面若应用超导材料，可以大大降低电能的损耗；用超导材料制造电子元件不必考虑散热问题，可以大大缩小元件尺寸，实现电子设备的微型化。

超导的基本特性：

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。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。

什么是超导现象？

当某些金属导体置于接近绝对零度（-273．16℃）的超低温环境中时，其电阻会消失为零。科学家把这种现象叫做“超导”现象，而具有超导性质的物质称为“超导体”或“超导材料”。目前已发现的超导体有汞、铅、袒、铌、锌等30多种纯金属和上万种合金及化合物。它们在用“无电阻”的魔力创造出一个个惊人的奇迹。

什么是超导现象

超导现象

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麦士纳效应中的超导体，可以获得完全免费的浮力，因而具有极大工业潜力超导现象是指材料在低于某一温度时，电阻变为零的现象，而这一温度称为超导转变温度（Tc）。超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性。

金属导体的电阻会随着温度降低而逐渐减少。然而，对于普通导体如铜和银，纯度和其他缺陷也会影响其极限。即使接近绝对零度时，纯样的铜也仍然保有电阻值。 而超导体的电阻值，相反地，则是当材料低于其"临界温度"时，电阻会骤降为零，通常在绝对温度 20 度或更低时。在超导体线材里面的电流能够不断地持续而不需提供电能。如同磁性和原子谱线等现象，超导特性也是种量子效应。这种性质无法单纯靠传统物理学中理想化的“全导特性”来理解。

超导现象可在各种不同的材料上发生，包括单纯的元素如锡和铝，各种金属合金和一些经过掺杂的半导体材料。超导现象不会发生在贵金属像是金和银，也不会发生在大部分的磁性金属上。

在1986年发现的铜氧钙钛陶瓷材料等系列，即所谓的高温超导体，具有临界温度超过90度K的特质，基于各种因素促使学界又再度燃起研究的兴趣。对于纯研究的领域而言，这些材质呈现一种现象是目前理论所无法解释的。而且，因为这种超导状态可在较容易达成的温度下进行，尤其若能发现具备更高临界温度的材料时，则更能实现于业界应用。

目录 [隐藏]

1 超导体的基本特性

2 超导体的分类

3 发现

4 完全抗磁性

5 原理

6 进一步的发现

7 参见

[编辑] 超导体的基本特性

Behavior of heat capacity (cv) and resistivity (ρ) at the superconducting phase transition超导现象是指材料在低于某一温度时，电阻变为零（以目前观测，即使有，也小至10-25欧姆·平方毫米/米以下）的现象，而这一温度称为超导转变温度（ble）。超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性。

金属导体的电阻会随着温度降低而逐渐减少。然而，对于普通导体如铜和银，即使接近绝对零度时，仍然保有最低的电阻值，这是纯度和其他缺陷的影响所致。另一方面，超导体的电阻值在低于其"临界温度"时，一般出现在绝对温度 20 度或更低时会骤降为零。在超导体线材里面的电流能够不断地持续而不需提供电能。如同磁性和原子能谱等现象，超导特性也是种量子效应。这种性质无法单纯靠传统物理学中理想化的“全导特性”来理解。

超导现象可在各种不同的材料上发生，包括单纯的元素如锡和铝，各种金属合金和一些经过布涂的半导体材料。超导现象不会发生在贵金属像是金和银，也不会发生在大部分的磁性金属上。

在1986年发现的铜氧钙钛陶瓷材料等系列，即所谓的高温超导体，具有临界温度超过90度F的特质，基于各种因素促使学界又再度燃起研究的兴趣。对于纯研究的领域而言，这些材质呈现一种现象是目前理论所无法解释的。而且，因为这种超导状态可在较容易达成的温度下进行，尤其若能发现具备更高临界温度的材料时，则更能实现于业界应用。

[编辑] 超导体的分类

超导体的分类没有唯一的标准，最常用的分类如下：

由物理性质分类：可分成第一类超导体（若超导相变属于一阶相变）和第二类超导体（若超导相变属于二阶相变）。

由超导理论来分类：可分成传统超导体（若超导机制可用BCS理论解释）和非传统超导体（若超导机制不能用BCS理论解释）。

由超导相变温度来分类：可分成高温超导体（若可用液态氮冷却就形成超导体）和低温超导体（若需要其他技术来冷却）。

由材料来分类：它们可以是化学元素（如汞和铅）、合金（如铌钛合金和铌锗合金）、陶瓷（如钇钡铜氧和二硼化镁）或有机超导体（如富勒烯和碳纳米管，这可能都包括在化学元素之内，因为它们是由碳组成）。

[编辑] 发现

1911年春，荷兰物理学家昂尼斯(H. Kamerlingh Onnes)在用液氦将汞的温度降到时，发现汞的电阻降为零。他把这种现象称为导性。后来昂尼斯和其他科学家陆续发现其他一些金属也是超导体。昂内斯因为这项重大发现而获得1913年的诺贝尔物理学奖。

[编辑] 完全抗磁性

1933年，德国物理学家迈斯纳（Walther Meissner）发现了超导体的完全抗磁性，即当超导体处于超导状态时，超导体内部磁场为零，对磁场完全排斥，即迈斯纳效应。但当外部磁场大于临界值时，超导性被破坏。

[编辑] 原理

1957年，美国物理学家约翰·巴丁、库珀（Leon Cooper）、施里弗（Robert Schrieffer）提出了以他们名字首字母命名的BCS理论，用于解释超导现象的微观机理。BCS理论认为：晶格的振动，称为声子(Phonon)，使自旋和动量都相反的两个电子组成动量为零的库珀对，称为电声子交互作用，所以根据量子力学中物质波的理论，库珀对的波长很长以至于其可以绕过晶格缺陷杂质流动从而无阻碍地形成电流。巴丁、库珀、施里弗因此获得1972年的诺贝尔物理学奖。 不过，BCS理论并无法成功的解释所谓第二类超导，或高温超导的现象。

[编辑] 进一步的发现

1952年，科学家发现了合金超导体硅化钒。1986年1月，德国科学家约翰内斯·格奥尔格·贝德诺尔茨和瑞士科学家卡尔·亚历山大·米勒发现陶瓷性金属氧化物可以作为超导体，从而获得了1987年诺贝尔物理学奖。1987年，美国华裔科学家朱经武与台湾物理学家吴茂昆以及中国科学家赵忠贤相继在钇－钡－铜－氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的“温度壁垒”（77K）也被突破了。1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从1986年－1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度提高了近100K。大约1993年，铊－汞－铜－钡－钙－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到138K。

超导现象是怎样的？

低温世界是一个魔术般的世界，把一束鲜花放在液态氮中一浸，拿出来向地上一摔，鲜花就会像玻璃一样破碎：把一只橡皮球放在液态氮里一浸后拿出，能像铃铛一样敲响；水银在低温下冻得比铁还硬，可以用锤子把它钉在墙上；在液氮中冻硬的面包，在漆黑的房间里竟能发出天蓝色的光辉……昂纳斯领导的实验室就是这样一个美丽的童话世界，同时，它也是世界上最冷的地方。虽然莱顿城里鲜花常开，但是实验室里制造出来的低温，比南极或北极的最低温度(-88℃)还要低几倍。

超导演示实验当时，科学家已经能把除了氦气以外的气体全部都变为液态。利用液态氢，已获得-253℃的低温，昂纳斯决心获得更低的温度。但是，要使氦气变成液态，困难还很大。例如在液体氦的温度下，连空气都会变成固体，如果不小心与空气接触，空气便会立刻在液体氦的表面上结成一层坚硬的盖子。不过，昂纳斯是不会被这点困难吓倒的。

低温实验室并不是一个拥有良好环境的地方，实验室里充满了管道，还有隆隆作响的真空泵。因为低温不是一下子就能获得的。必须沿着温度的台阶一步一步向下走，温度越低就越困难。昂纳斯先用液化氯甲烷达到-90℃，用乙烯达到-145℃，用氧气达到-183℃，用氢气达到-253℃。终于在1908年成功地实现了最后一种永久气体——氦气的液化，得到了-269℃的低温。在这以后，他用液氦抽真空的方法，得到-272℃。

这个温度属于超低温，当时世界上只有莱顿大学的低温实验室可以得到这样的低温。昂纳斯和他的同伴在这得天独厚的条件下进行极低温度下的各种现象的研究。他们发现水银、铅、锡一般降温到该物质的特性转变点以下时，电阻会突然消失，变成超导电性物体。这就是说，在一个超导线圈中一旦产生了电流就会周而复始地流下去。因为电阻已经消失，电流不会在流动中衰减。昂纳斯把一个铅制的线圈放在液体氦中，铅圈旁放一块磁铁，突然把磁铁撤走，根据法拉第的电磁感应，铅圈内便产生了感应电流。果然，在低温的条件下，电流不断地沿着铅圈转起来，就像一匹不知疲倦的马一样。

1911年，从莱顿大学低温实验室里终于传出惊人的消息：水银在-269℃的条件下，它的电阻消失了!这种现象物理学称为超导现象。1913年，昂纳斯因为这项重大的发现获诺贝尔奖。

超导演示实验

超导现象