超级导体的定义,类型和用途

超导体是一种元素或金属合金,当冷却到低于某个阈值温度时,材料会急剧失去所有电阻。原则上,超导体可以允许电流在没有任何能量损失的情况**动(尽管在实践中,理想的超导体非常难以产生)。这种类型的电流称为超电流。

材料转变为超导状态的阈值温度指定为T,代表临界温度。并不是所有的材料都变成超导体,每种材料都有自己的T值。

超级导体的类型

  • I型超导体在室温下用作导体,但当冷却到T以下时,材料内的分子运动减少到足以使电流流无阻碍地移动。
  • 2型超导体在室温下不是特别好的导体,过渡到超级导体状态比1型超级导体更为渐进。目前尚不完全了解这种状态变化的机制和物理基础。2型超导体通常是金属化合物和合金。

发现超级导体

超导性最早是在1911年发现的,当时荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes将汞冷却到大约4度开尔文,这使他获得了1913年的诺贝尔物理奖。自那以后的几年里,这个领域已经**扩展,还发现了许多其他形式的超级导体,包括20世纪30年代的2型超级导体。

超导的基本理论BCS理论使科学家John Bardeen,Leon Cooper和John Schrieffer获得了1972年诺贝尔物理奖。1973年诺贝尔物理奖的一部分去了Brian Josephson,他也从事超导工作。

1986年1月,Karl Muller和Johannes Bednorz发现了一个发现,**改变了科学家对超级导体的看法。在此之前,理解是超导性仅在冷却到接近**零时才表现出来,但是使用钡,镧和铜的氧化物,他们发现它在约40度开尔文时变成超导体。这引发了一场竞赛,以发现在更高温度下起超导体作用的材料。

在此后的几十年中,达到的**温度约为133度开尔文(尽管如果施加高压,您可以达到164度开尔文)。2015年8月,发表在“自然”杂志上的一篇论文报道了在高压下在203度开尔文温度下超导性的发现。

超级导体的应用

超导体用于各种应用,但最显着的是在大型强子对撞机的结构中。包含带电粒子束的隧道被包含强大超级导体的管道包围。流过超导体的超级电流通过电磁感应产生强磁场,可用于根据需要加速和引导团队。

此外,超导体表现出Meissner效应,其中它们消除了材料内部的2016健康知识竞赛试题所有磁通,变得完全反磁性(1933年发现)。在这种情况下,磁场线实际上围绕冷却的超导体行进。正是超导体的这种特性经常用于磁悬浮实验,例如量子悬浮中所见的量子锁定。换句话说,如果回到未来式悬停板永远成为现实。在一个不太平凡的应用中,超级导体在磁悬浮列车的现代进步中发挥作用与飞机,汽车和煤炭动力列车等不可再生的当前选择相比,基于电力(可以使用可再生能源产生)的高速公共交通提供了强大的可能性。

由Anne-Marie Helmenstine编辑,博士。

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