关于超导的基本理论及其目前在电力系统中的应用

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1、目录引言-1-一、超导的基本现象和特性-1-1.1零电阻效应-1-1.2迈斯纳效应-1-1.3其它特性-2-二、超导的基本理论-2-2.1二流体模型-3-2.2伦敦理论-3-2.3京茨堡-朗道理论（G-L）理论-4-2.4皮帕尔德（Pippard）非局域理论-5-2.5BCS理论-6-2.6约瑟夫效应-8-三、高温超导电力应用-8-3.1高温超导电缆-9-3.2高温超导限流器-9-3.3高温超导变压器-10-3.4超导电机-10-3.5超导储能装置-11-四、总结-11-<参考文献>-13--13-引言超导是超导电性的简称，是指某些物体当温度下降至一定温度时，电阻突然

2、趋近于零的现象。具有这种特性的材料称为超导材料。自超导发现至今，超导的研究和超导材料的研制已迅速发展，超导的临界温度已从开始的几开升至几十开甚至一百多开；而且超导材料的物质结构及性质已逐渐研究清楚。液态氮温度下低温超导材料的研究与发展获得了成功，且已实现商品化，在医疗、电子输送、运输等方面获得应用；高温超导材料的发现，是最近几十年来物理学及材料科学领域中的重大突破之一，已引起全世界广泛关注。虽然高温超导电性机制尚不清楚，但高温超导材料在电力装置等多个方面已显示出其不可比拟的应用前景。一、超导的基本现象和特性1.1零电阻效应1911年，荷兰莱顿大学的卡末林—昂尼斯意外地

3、发现，将汞冷却到-268.98℃时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林—昂内斯称之为超导态。这一发现引起了世界范围内的震动。在他之后，人们开始把处于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。导体开始失去电阻时的临界温度用Tc表示。根据临界温度的高低，人们把金属、合金和化合物超导体称为常规超导体；把临界温度较高的氧化物陶瓷超导体等称作

4、高温超导体。1.2迈斯纳效应1933年，迈斯纳(w．Meissner)发现：当置于磁场中的导体通过冷却过渡到超导态时，原来进入此导体中的磁力线会一下子被完全排斥到超导体之外，超导体内磁感应强度变为零，这表明超导体是完全抗磁体，这个-13-特性叫做完全抗磁性，或迈斯纳效应。零电阻效应和完全抗磁性就是超导体的两个基本特性。实验表明，超导态可以被外磁场所破坏，在低于Tc的任一温度T下，当外加磁场强度H小于某一临界值H时，超导态可以保持；当H大于Hc时，超导态会被突然破坏而转变成正常态。临界磁场强度Hc的值与材料组成和环境温度等有关。超导材料的性能由临界温度Tc和临界磁场Hc

5、两个参数决定，高于临界值时是一般导体，低于此数值时成为超导体。1.3其它特性超导体还有其它的特性，主要分为超导态的性质和正常态的性质。超导体超导态的其它特性包括：比热容跃变、二流体唯象性、载流子配对、磁通量子化、超导能隙和同位素效应等。超导体的正常态性质还包括：霍尔效应、费米液体图像、磁学性质和光学性质等。二、超导的基本理论1933年，迈斯纳和奥克森费尔德发现超导体具有完全抗磁性，又称为迈斯纳效应。在迈斯纳效应发现之前，人们一直将超导体视为理想导体。这一发现表明，超导体具有零电阻特性和完全抗磁性。迈斯纳效应还表明，超导态是一种热力学状态，可用一些热力学的研究方法进行研

6、究。继迈斯纳效应之后，高特和卡斯米尔提出超导热力学理论。伦敦兄弟提出了著名的伦敦方程，这一方程能描述超导体的零电阻特性及迈斯纳效应，同时引入了穿透深度的概念。1950年，金兹伯格和朗道提出了一个基于二级相变的使用序参数描述超导的唯象理论，被称为G-L理论；1953年，皮帕尔德引入非局域超导电动力学，发展了伦敦理论，并提出超导相干长度的概念；1957年，巴丁、库珀、施里弗等人基于同位素效应、超导能隙等重要试验结果，提出了超导的微观理论，即著名的BCS理论，从而解决了超导微观机理问题。但由于BCS理论是弱耦合理论，对描述强耦合作用的情况有所缺陷，伊里士伯格和麦克米兰等人又

7、发展了超导的强耦合理论；1957年，阿布里可索夫在超导正常态负界面能情况下，求解G-L方程，从而预言了第二类超导体及磁通点阵的存在，戈尔科夫则证明G-L方程可由微观理论导出，故也将G-L理论和阿布里可索夫及戈-13-尔科夫的理论统称GLAG理论；1962年，约瑟夫逊在理论预言了超导的约瑟夫逊效应，即库珀对的隧道效应。在电声机理（电子间通过交换虚声子形成库柏对）发展的同时，人们还提出了其他机制，如里特尔的一维激子配对理论及金兹伯格的二维激子配对理论等，但均未在实验中得到证实。2.1二流体模型早期人们为了理解零电阻现象，1934年戈特（C.J.Corte