2022-2023學年高二物理競賽課件：超導電性的應用

超導電性的應用

1、用超導材料制造電纜可實現(xiàn)無損耗輸電。2、用超導材料制造電機，可以大大提高效率。3、用超導線圈制造電磁體可以得到很強的磁場，可應用于受控核聚變、高能加速器、磁流體發(fā)電、磁懸浮列車、核磁共振成像裝置等。磁懸浮列車超導電性的應用

格波

電子在離子晶格間運動時，電子密度有起伏，當電子在某處集中時，會對附近的離子晶格產(chǎn)生吸引，從而使離子產(chǎn)生振動，并以波的形式在點陣中傳播，這種波稱為格波。

聲子

格波是量子化的，其量子稱為聲子。形成格波的過程相當于電子發(fā)射出一個聲子。

庫珀對

傳播著的正電荷區(qū)又可以吸引另一個運動著的電子，相當于電子吸引了聲子，兩個電子通過交換聲子產(chǎn)生了間接的吸引作用。對于某些材料，在一定的低溫條件下，交換聲子的兩個電子可以束縛在一起形成一個電子對，稱為庫珀對。電子A聲子

電子B電子A電子B（聲子）BCS理論

處在超導態(tài)的電子，不是單獨一個個存在的，而是配成庫珀對存在的，配對的電子，其自旋方向相反，動量的大小相等而方向相反，總動量為零。庫珀對作為整體與晶格作用，因此一個電子若從晶體得到動量，則另一個電子必失去動量，作為整體，不與晶格交換動量，也不交換能量，能自由地通過晶格，因此沒有電阻。

當溫度大于臨界溫度時，熱運動使庫珀對分散為正常電子，超導態(tài)轉(zhuǎn)為正常態(tài)。

當磁場強度達到臨界強度時，磁能密度等于庫珀對的結(jié)合能密度，所有庫珀對都獲得能量而被撤散，超導態(tài)轉(zhuǎn)為正常態(tài)。C60是由60個碳原子構(gòu)成的空心大分子，外形酷似足球。

固態(tài)C60類似于GaAs的半導體，在其中摻入堿金屬，它將轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢w。

有科學家預言，如能制成C540，它將可能成為室溫超導體。C60的示意圖碳60分子（C60）團簇介觀物理研究尺度介于原子分子與固體液體之間物態(tài)的學科團簇

一定的原子、分子或離子組成的空間尺度0.1–10mm，相對穩(wěn)定的集體。納米材料表面效應尺度在1-100nm的微?；蛴芍庸こ傻墓腆w材料尺度越小，表面原子所占比例越大，表面活性越高小尺寸效應微粒尺度小到一定程度表現(xiàn)出的效應：喪失磁性、反射率降低、陶瓷材料韌性增加等量子效應微粒尺寸小于幾十納米時，能帶變窄，還原成獨立能級而產(chǎn)生的現(xiàn)象

納米材料在微電子器件、機械工程、動力工程、生物醫(yī)藥方面都有廣泛的應用，有十分廣泛的應用前景。ATP酶（分子馬達）STM排列原子

可見由普朗克公式可以推導出斯特藩-玻爾茲曼定律。

為了求出最大輻射值對應的波長，可以由普朗克公式得到

滿足：經(jīng)整理得到令有這個方程通過迭代法解得即可見由普朗克公式可推導得