超导体是在一定温度下电阻完全消失的物体。讲解上课讲义.ppt

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1、超导体是在一定温度下电阻完全消失的物体。讲解超导体的发现超导电性是在1911年由荷兰物理学家翁内斯(HeikeKamerlinghOnnes)发现。1908年荷兰物理学家翁内斯经过长期努力，使最后一种“永久气体”氦气(He)液化。1911年翁内斯在研究金属电阻随温度变化规律时发现，当温度降低时，汞（Hg）的电阻先是平稳地减小，而在4.2K附近，电阻突然降为零。于是称这种情况下发生的零电阻现象为物质的超导电性。当然，具有超导电性的材料也就称之为超导体。超导体开始失去电阻时的温度称为超导转变温度(Tc)。温度在Tc以上时，超导体与正常导体一样

2、，都有一定的电阻值，此时超体处于正常态，而在Tc以下，超导体处于零电阻状态，即超导态。但实际上，我们从图中可以看到：超导体从正常态向超导态的过渡是在一个温度间隔内完成的，这个温度间隔称为转变温度，与超导体的性质有关。因此，我们通常将超导体电阻下降到正常态电阻值一半时所处温度定为Tc零电阻现象大家都知道，若将金属环放在磁场中，则环内将产生感应电流，对于正常金属来说，当磁场去掉后，环内电流很快衰减为0，而对于超导环，情况却完全不同，下图为著名的持续电流实验。(1)T>Tc在超导环上加磁场(2)T

3、环中产生持续电流将一超导圆环放在磁场中并冷却到临界温度以下，突然撤去磁场，则在超导坏中产生感生电流。实验发现，此电流可以持续存在，观查几年也未发现电流有明显变化。应该指出的是，超导体只有在直流情况下才有零电阻现象，若电流随时间变化，将会有功率耗散。完全抗磁性(迈斯纳效应)直到1933年，人们从零电阻现象出发，一直把超导和完全导体(或称无阻导体)完全等同起来，而1933年德国物理学家迈纳斯和奥克森菲尔德的磁测量表明，超导体的磁性质与完全导体不同。下图所示体现了理想导体与实际超导体中磁场的区别。(a)理想导体T>TcT

4、导体T>TcT

5、后，原来穿过超导体的磁通被完全排出到超导体外，同时超导体外的磁通密度增加。由此可见，只要T

6、的电流而在S—I—S结两端并无电压降落。这个现象叫做直流约瑟夫森效应。在隧穿电流超过临界电流Ic时，超导结两端出现电压。这时发生了两种过程：一是出现正常电子隧穿效应。由于超导结中出现电阻，如果电源内阻比结电阻小得多，那么电路中电流突然从Ic降到几乎为零，超导结的I-V特性曲线如图中虚线a所示跳跃到正常电子隧道曲线c；如果电源内阻比结电阻大得多，则电流基本不变，I-V特性曲线如图中虚线b那样水平地跳跃到正常电子隧道曲线c。二是出现交变超导电流，并向外辐射电磁波。产生电磁辐射的原因是由于在超导结两端存在直流电压V时，电子对在结两侧有能量差2e

7、V，按能量守恒定律，当电子对隧穿进入结另一侧时，减少的能量以光子的形式辐射出来。超导结产生交变电流并辐射电磁波的特性叫做交流约瑟夫森效应。直流和交流约瑟夫森效应均在1963年由实验证实。超导体的发展近代气体液化问题是19世纪物理的热点之一。1894年荷兰莱顿大学实验物理学教授卡麦林。昂内斯建立了著名的低温试验室。1908年昂内斯成功地液化了地球上最后一种“永久气体”───氦气，并且获得了接近绝对零度（零下273.2摄氏度，标为OK）的低温：4.25K.──1.15K.（相当于零下摄氏度）。为此，朋友们风趣地称他为“绝对零度先生”。这

8、样低的温度为超导现象的发现提供了有力保证。经过多次实验，1911年昂内斯发现：汞的电阻在4.2K.左右的低温度时急剧下降，以致完全消失（即零电阻）。1913年他在一篇论文中首次以“超导电性”