超导体的原理是什么？

1. 超导体的原理是什么？

超导原理是：
在很低的温度下，物体的所有的电子速率降低，价电子运转在固定的平面上，达到临界温度，价和电子运转速率越来越低。
核心习惯于常温下的核外电子快速运转，价和电子运转缓慢，造成了原子暂时缺失价电子的现象。核心就挪用相邻核心的价电子，相邻核心又挪用，所有的核心都向某一方向近邻挪用，于是就形成外层电子公用。
这种核外层电子公用的状态就是物质的超导态，核外层电子处于公用的状态的物体就是超导体。
电流在导体内流动时，由于导体本身电阻存在，将在导体内产生损耗而引起发热，从而限制了导电能力。
降低会减小电阻，但一般金属不会因温度的降低而使电阻变为零。而某些金属则不然，它的电阻将随着温度的下降而不断地减少，当温度降到一定值（称临界温度）以下时，它的电阻会突然变为零。我们把这种现象称为超导现象，具有超导现象的导体称为超导体。

2. 超导体的工作原理

电流在导体内流动时，由于导体本身电阻存在，将在导体内产生损耗而引起发热，从而限制了导电能力。
降低会减小电阻，但一般金属不会因温度的降低而使电阻变为零。而某些金属则不然，它的电阻将随着温度的下降而不断地减少，当温度降到一定值（称临界温度）以下时，它的电阻会突然变为零。我们把这种现象称为超导现象，具有超导现象的导体称为超导体。

3. 什么是超导体，原理是什么？

什么是超导体：
硬超导体
超导体（英文名：superconductor），又称为超导材料，指在某一温度下，电阻为零的导体。在实验中，若导体电阻的测量值低于10-25Ω，可以认为电阻为零。 [1] 
超导体不仅具有零电阻的特性，另一个重要特征是完全抗磁性。
人类最初发现超导体是在1911年，这一年荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）等人发现，汞在极低的温度下，其电阻消失，呈超导状态。此后超导体的研究日趋深入，一方面，多种具有实用潜力的超导材料被发现，另一方面，对超导机理的研究也有一定进展。
目前，超导体已经进行了一系列试验性应用，并且开展了一定的军事、商业应用，在通信领域可以作为光子晶体的缺陷材料。
超导体具有三个基本特性：完全电导性、完全抗磁性、通量量子化。

完全导电性
完全导电性又称零电阻效应，指温度降低至某一温度以下，电阻突然消失的现象。
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。 [1]  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。 [3] 

完全抗磁性


迈斯纳效应(2张)
完全抗磁性又称迈斯纳效应，“抗磁性”指在磁场强度低于临界值的情况下，磁力线无法穿过超导体，超导体内部磁场为零的现象，“完全”指降低温度达到超导态、施加磁场两项操作的顺序可以颠倒。完全抗磁性的原因是，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。

超导体电阻为零的特性为人们所熟知，但超导体并不等同于理想导体。从电磁理论出发，可以推导出如下结论：若先将理想导体冷却至低温，再置于磁场中，理想导体内部磁场为零；但若先将理想导体置于磁场中，再冷却至低温，理想导体内部磁场不为零。对于超导体而言，降低温度达到超导态、施加磁场这两种操作，无论其顺序如何，超导体超导体内部磁场始终为零，这是完全抗磁性的核心，也是超导体区别于理想导体的关键。 [4] 

通量量子化
通量量子化又称约瑟夫森效应，指当两层超导体之间的绝缘层薄至原子尺寸时，电子对可以穿过绝缘层产生隧道电流的现象，即在超导体（superconductor）—绝缘体（insulator）—超导体（superconductor）结构可以产生超导电流。
约瑟夫森效应
约瑟夫森效应分为直流约瑟夫森效应和交流约瑟夫森效应。直流约瑟夫森效应指电子对可以通过绝缘层形成超导电流。交流约瑟夫森效应指当外加直流电压达到一定程度时，除存在直流超导电流外，还存在交流电流，将超导体放在磁场中，磁场透入绝缘层，超导结的最大超导电流随外磁场大小作有规律的变化。

4. 什么是超导体，原理是什么？

什么是
超导体
：
硬超导体
超导体（英文名：
superconductor
），又称为
超导材料
，指在某一温度下，电阻为零的导体。在实验中，若导体
电阻的测量
值低于10-25Ω，可以认为电阻为零。 [1] 
超导体不仅具有零电阻的特性，另一个重要特征是
完全抗磁性
。
人类最初发现超导体是在1911年，这一年荷兰科学家
海克·卡末林·昂内斯
（Heike
Kamerlingh
Onnes）等人发现，汞在极低的温度下，其电阻消失，呈超导状态。此后超导体的研究日趋深入，一方面，多种具有实用潜力的超导材料被发现，另一方面，对超导机理的研究也有一定进展。
目前，超导体已经进行了一系列试验性应用，并且开展了一定的军事、
商业应用
，在通信领域可以作为
光子晶体
的缺陷材料。
超导体具有三个基本特性：
完全电导性
、完全抗磁性、通量
量子化
。
完全
导电性
完全导电性又称
零电阻效应
，指温度降低至某一温度以下，电阻
突然消失
的现象。
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。 [1]  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。 [3] 
完全抗磁性
迈斯纳效应
(2张)
完全抗磁性又称迈斯纳效应，“抗磁性”指在
磁场强度
低于
临界值
的情况下，
磁力线
无法穿过超导体，超导体内部磁场为零的现象，“完全”指降低温度达到
超导态
、施加磁场两项操作的顺序可以颠倒。完全抗磁性的原因是，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。
超导体电阻为零的特性为人们所熟知，但超导体并不等同于
理想导体
。从
电磁理论
出发，可以推导出如下结论：若先将理想导体冷却至低温，再置于磁场中，理想导体内部磁场为零；但若先将理想导体置于磁场中，再冷却至低温，理想导体内部磁场不为零。对于超导体而言，降低温度达到超导态、施加磁场这两种操作，无论其顺序如何，超导体超导体内部磁场始终为零，这是完全抗磁性的核心，也是超导体区别于理想导体的关键。 [4] 
通量量子化
通量量子化又称
约瑟夫森效应
，指当两层超导体之间的
绝缘层
薄至原子尺寸时，
电子对
可以穿过绝缘层产生隧道电流的现象，即在超导体（superconductor）—
绝缘体
（insulator）—超导体（superconductor）结构可以产生超导电流。
约瑟夫森效应
约瑟夫森效应分为直流约瑟夫森效应和交流约瑟夫森效应。直流约瑟夫森效应指电子对可以通过绝缘层形成超导电流。交流约瑟夫森效应指当外加直流电压达到一定程度时，除存在直流超导电流外，还存在交流电流，将超导体放在磁场中，磁场透入绝缘层，超导结的最大超导电流随外磁场大小作有规律的变化。

5. 超导体的原理及最新应用

超导是指金属导体在温度下降到足够低时（一般的金属材料需下降到4K，也就是零下－270摄氏度左右以下时）时其电阻为“0 ”的特性，这时电阻为0的这个温度，就叫做这种材料的超导临界温度。
随着材料科学的进步，科学家们找到了有较高临界温度的线材，这里的“较高临界温度”，是指高于液氮的77K的较低温度，因为实际应用中，只有使用了临界温度大于77K的“高温”超导材料，才具有实际应用的可能。
根据这种线材在临界温度下电阻为0的特点，一般应用在需要产生超强磁场的地方，可以产生较强的电磁力，并且对电能的消耗很小；
可应用在磁悬浮列车、科研用的大型或超大型电子加速器、军事的电磁炮等等。

6. 超导体的技术及发明

 1911年，荷兰莱顿大学的卡茂林-昂尼斯意外地发现，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，卡茂林-昂尼斯称之为超导态。卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。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流大的电流，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，这一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”。后来人们还做过这样一个实验：在一个浅平的锡盘中，放入一个体积很小但磁性很强的永久磁体，然后把温度降低，使锡盘出现超导性，这时可以看到，小磁铁竟然离开锡盘表面，慢慢地飘起，悬空不动。迈斯纳效应有着重要的意义，它可以用来判别物质是否具有超导性。为了使超导材料有实用性，人们开始了探索高温超导的历程，从1911年至1986年，超导温度由水银的4.2K提高到23.22K（绝对零度代号为 K = -273.16摄氏度）。86年1月发现钡镧铜氧化物超导温度是30K，12月30日，又将这一纪录刷新为40.2K，87年1月升至43K，不久又升至46K和53K，2月15日发现了98K超导体，很快又发现了14℃下存在超导迹象，高温超导体取得了巨大突破，使超导技术走向大规模应用。超导材料和超导技术有着广阔的应用前景。超导现象中的迈斯纳效应使人们可以到用此原理制造超导列车和超导船，由于这些交通工具将在无摩擦状态下运行，这将大大提高它们的速度和安全性能。超导列车已于70年代成功地进行了载人可行性试验，1987年开始，日本开始试运行，但经常出现失效现象，出现这种现象可能是由于高速行驶产生的颠簸造成的。超导船已于1992年1月27日下水试航，目前尚未进入实用化阶段。利用超导材料制造交通工具在技术上还存在一定的障碍，但它势必会引发交通工具革命的一次浪潮。超导材料的零电阻特性可以用来输电和制造大型磁体。超高压输电会有很大的损耗，而利用超导体则可最大限度地降低损耗，但由于临界温度较高的超导体还未进入实用阶段，从而限制了超导输电的采用。随着技术的发展，新超导材料的不断涌现，超导输电的希望能在不久的将来得以实现。现有的高温超导体还处于必须用液态氮来冷却的状态，但它仍旧被认为是20世纪最伟大的发现之一。 1、比尔·李1911年，荷兰科学家昂内斯用液氦冷却水银，当温度下降到4.2K时发现水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性。1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现了这种现象称为之为抗磁性。超导电性和抗磁性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。经过科学家们数十年的努力，超导材料的磁电障碍已被跨越，接下来的难关是突破温度障碍，就是寻求高温超导材料。2、奇异的超导陶瓷1973年，人们发现了超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，该记录保持了13年。1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧－钡－铜－氧）具有35K的高温超导性，打破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念，引起世界科学界的轰动。此后，科学家们争分夺秒地攻关，几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。1986年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。1987年2月，美国华裔科学家朱经武和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，液氮的禁区（77K）也奇迹般地被突破了。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1986－1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度竟然提高了100K以上，这在材料发展史，乃至科技发展史上都堪称是一大奇迹！高温超导材料的不断问世，为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。

7. 超导体的三大特性

 超导体的三大特性是完全导电性，完全抗磁性，通量量子化。这三大特性使得超导体非常的受关注，而且运用的空间很大。但是目前人们对超导体的研究还不是很成熟，很多方面都有一定的技术难题。比如超导体对温度的要求很高，达不到一定的温度，就不能表现出超导体完全导电的特性；超导体对磁场的要求也非常高，只有达到这个磁场强度，超导体才能表现出完全抗磁性。
    超导体对于人们的认知有着非常重要的影响，其三大特性更是让人非常的惊讶，相信通过对超导体的试验和研究，超导体会对人们的生活产生极大的改变。

8. 超导体如何理解？