超导体是完全导体吗

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1、超导体是完全导体吗？南开大学物理科学学院0610300张永哲0610301张肇文0610302张之远0610303张志帅0610304赵丹在1933年以前，人们从零电阻现象出发，一直认为超导体就是完全导体。什么叫完全导体？这个看法对吗？怎样验证这种观点?大家知道，在通常条件下金属导线都有电阻，每种金属有各自的电阻率（ρ），ρ的倒数称为电导率（δ）。由于导线有电阻，所以在一根通有电流的导线里，电荷的流动时受到阻力的。这和在管道中流动着的通常流体要受到阻力是相似的，由于流体在管道中流动时要克服阻力做功，这就是流体的流动会逐渐慢下来，如果没有外界推动力，他最终就停住不流了。那么，导线中的电荷流动

2、是靠什么推动的呢？是靠电源产生电位差从而在导线中有电场力来推动的。电场力不断推动电荷做了功，补充了电荷因受阻所引起的流速减慢，于是导线内电流就流动不息。如果设想有一种导体，它的电导率无穷大，那么，在这种导体里面流动的电荷就可以无须电场力推动而永远流动不息。人们把这种设想的导体成为完全导体，这两者是等同的吗？我们先看看完全导体可能有一些什么其他性质，然后再在实践中检验超导体有没有这种性质。上面谈到在完全导体中，电流无须借点场力推动而流动不息。仔细一想不仅如此，而且在完全导体中，必然是没有电场的。假如在完全导体中有电场，那么这电场就要不断推动电荷，使它们加快流动，由于在完全导体中电荷的流动不受

3、任何阻力的影响，所以其后果必然是电荷流速越来越大，即导线中任何单位横截面积上通过的电流强度越来越大，以致不可控制。在现实中从没有发现这种可能性。这说明，在完全导体中必然没有电场。有了上述结论，再联系到法拉第电磁感应定律，就会又得出另一个推论。大家知道电磁感应现象是：随时间变化的磁感应通量（磁场）可以在导线中产生感应电流，而刚才谈过在一般导体中电流是靠电场力推动的，所以法拉第定律的本质是告诉我们：随时间变化的磁场在其周围产生了一种电场（这种电场推动了电荷，从而产生感应电流）。刚才说过在完全导体中必须没有电场，那么，这两者结合在一起，我们又得出一个推论：在完全导体中不可能有随时间变化的磁场，或

4、者说，再完全导体中磁感应通量不可能改变，原有的磁通不会失去，也不会增加新的磁通量。我们可以用图1说明对完全导体的这一结论。图1图1（a）表示温度在临界温度之上，所以导体处在正常状态。图1（b）表示把温度降到了Tc以下了，所以导体变成了完全导体，在这两种情况中都没有加磁场。图1（c）表示温度没有变（仍是T

5、通量穿过了导体球。图2（b）表示，这时再降温到Tc以下，使球变为完全导体，由于完全导体内磁感应通量不能改变，所以图2（c）保持了图2（b）的历史情况。图2（d）是去掉磁场后的结局，这是外加磁场没有了，但完全导体自己却还维持着穿过体内的磁通量！从图1，图2可见，完全导体内的磁通量究竟如何，是和他的历史经历有关的。图2我们可以对超导体做一下上述试验来看看他是否如图1，图2所预期的那样。1933年迈斯纳和奥赫森菲尔德对围绕球形导体（单晶锡）的磁场分布进行了小心的实验测量，他们惊奇地发现，对于超导体来说，不论是先降温后加磁场，还是先加磁场而后降温，只要锡球过渡到了超导态，在锡球周围的磁场都突然发生

6、了变化，当锡球温度经过超导临界温度时，磁力线似乎一下子被推斥到超导体之外，这就是说，不管过渡到超导态的途径如何，只要T

7、，结果产生了足够大的排斥力，与使磁棒下落的重力相平衡，图3时已表示了磁棒悬空漂浮着的情景。图3Thankyou!