奇妙的低溫世界 超導(dǎo)ppt課件.ppt

1、絕對(duì)零度的奇跡,超導(dǎo),目錄,概述 發(fā)展歷史 原理 應(yīng)用&展望,概述,超導(dǎo)是指某些物質(zhì)在一定溫度條件下（一般為較低溫度）電阻降為零的性質(zhì)。 超導(dǎo)體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失，被稱作零電阻效應(yīng)。 磁場(chǎng)中的金屬處于超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這種現(xiàn)象叫做完全抗磁性。,發(fā)展歷史發(fā)現(xiàn),1911年荷蘭物理學(xué)家H卡茂林昂內(nèi)斯發(fā)現(xiàn)汞在溫度降至4.2K附近時(shí)突然進(jìn)入一種新狀態(tài)，其電阻小到實(shí)際上測(cè)不出來，他把汞的這一新狀態(tài)稱為超導(dǎo)態(tài)。 以后又發(fā)現(xiàn)許多其他金屬也具有超導(dǎo)電性。低于某一溫度出現(xiàn)超導(dǎo)電性的物質(zhì)稱為超導(dǎo)體。,發(fā)展歷史完全抗磁性,1933年，荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的另一個(gè)極為

2、重要的性質(zhì)當(dāng)金屬處在超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，這一超導(dǎo)體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。 對(duì)單晶錫球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：錫球過渡到超導(dǎo)態(tài)時(shí)，錫球周圍的磁場(chǎng)突然發(fā)生變化，磁力線似乎一下子被排斥到超導(dǎo)體之外去了，人們將這種現(xiàn)象稱之為“邁斯納效應(yīng)”。,發(fā)展歷史高溫超導(dǎo),為了使超導(dǎo)材料有實(shí)用性，人們開始了探索高溫超導(dǎo)的歷程。 從1911年至1986年，超導(dǎo)溫度由水銀的4.2K提高到23.22K。1986年1月發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅氧化物超導(dǎo)溫度是30K，12月30日，又將這一紀(jì)錄刷新為40.2K，1987年1月升至43K，不久又升至46K和53K。 從1986年1987年的短短一年多的時(shí)間里，臨界超導(dǎo)溫度提高了近100K。,發(fā)展歷史高溫超導(dǎo),高

3、溫超導(dǎo)材料-溫度一覽表,超導(dǎo)原理零點(diǎn)阻效應(yīng),電阻何來？ 水在管子里流動(dòng)的時(shí)候, 總要受到摩擦阻力的影響。當(dāng)自由電荷在導(dǎo)體中定向移動(dòng)形成電流時(shí),也要受到阻礙。 在金屬導(dǎo)體內(nèi)部,既存在原子和帶正電的正離子,又存在自由電子。在外界電力的作用下,當(dāng)自由電子在導(dǎo)體內(nèi)部做定向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,運(yùn)動(dòng)中的自由電子要受到大量原子核的平均阻礙作用，電子之間的阻礙作用，電子與電子，電子與原子核間的碰撞以及電子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)等等阻礙作用，結(jié)果阻礙了電子的定向運(yùn)動(dòng)。,超導(dǎo)原理零點(diǎn)阻效應(yīng),超導(dǎo)如何實(shí)現(xiàn)電阻為零？ 低溫造成原子的價(jià)電子運(yùn)轉(zhuǎn)速率變小，但是原子核習(xí)慣于價(jià)電子的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，于是它挪用了相鄰原子核的價(jià)電子，但是這樣的挪用只

4、是暫時(shí)的，形成了外層電子公用的現(xiàn)象，進(jìn)一步形成超導(dǎo)電子流。原子核的庫侖力不僅沒有阻礙超導(dǎo)電子流，還成為了輸送的運(yùn)輸力。于是電阻就變?yōu)榱懔恕?超導(dǎo)原理邁斯納效應(yīng),超導(dǎo)因何懸?。?由于超導(dǎo)體“不允許”其內(nèi)部有任何磁場(chǎng)，如果外界有一個(gè)磁場(chǎng)要通過超導(dǎo)體內(nèi)部，那么超導(dǎo)體必然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與之相反的磁場(chǎng)，保證內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度為零，這就形成了一個(gè)斥力。當(dāng)在一個(gè)超導(dǎo)體正下方放置一個(gè)磁體，并使磁感線垂直通過超導(dǎo)體的時(shí)候，超導(dǎo)體將獲得垂直的上浮力。當(dāng)這個(gè)力的大小剛好等于超導(dǎo)體的重力的時(shí)候，超導(dǎo)體就可以懸浮在空中。,超導(dǎo)應(yīng)用強(qiáng)電（大電流）應(yīng)用,超導(dǎo)發(fā)電 輸電 儲(chǔ)能,超導(dǎo)發(fā)電,超導(dǎo)發(fā)電：超導(dǎo)技術(shù)可以使發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)小型化，而

5、功率更強(qiáng)大，工作性能更穩(wěn)定，以取代目前龐大笨重的發(fā)電設(shè)施，也為電動(dòng)機(jī)的低噪聲化和軍用提供可能性。,擁有兩萬千瓦功率的超導(dǎo)發(fā)電機(jī),超導(dǎo)輸電,由于超導(dǎo)體電阻為零，完全可以通過大電流。于是超導(dǎo)輸電的輸送容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的架空輸電線路和充油電纜輸電線路，也大于充氣（如充 SF6氣體）輸電管道和低溫低阻電纜輸電。而要實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)輸電的關(guān)鍵在于超導(dǎo)電纜。,超導(dǎo)儲(chǔ)能,超導(dǎo)體電阻為零，電流在超導(dǎo)體里流動(dòng)永不消減。 超導(dǎo)儲(chǔ)能是利用超導(dǎo)體的電阻為零特性制成的儲(chǔ)存電能的裝置，其不僅可以在超導(dǎo)體電感線圈內(nèi)無損耗地儲(chǔ)存電能，還可以通過電力電子換流器與外部系統(tǒng)快速交換有功和無功功率，用于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善供電品質(zhì)。,超

6、導(dǎo)應(yīng)用弱電（電子學(xué)）應(yīng)用,超導(dǎo)計(jì)算機(jī) 超導(dǎo)天線 超導(dǎo)微波器件,超導(dǎo)計(jì)算機(jī),超導(dǎo)計(jì)算機(jī)即是利用超導(dǎo)元件作為計(jì)算機(jī)元件的計(jì)算機(jī)。 關(guān)鍵元件：超導(dǎo)開關(guān)器件，超導(dǎo)存貯器。 目前制成的超導(dǎo)開關(guān)器件的開關(guān)速度，已達(dá)到 10-12秒的高水平。這是當(dāng)今所有電子、半導(dǎo)體、光電器件都無法比擬的。超導(dǎo)計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度將比現(xiàn)在的電子計(jì)算機(jī)快100倍，而電能消耗僅是電子計(jì)算機(jī)的千分之一，如果目前一臺(tái)大中型計(jì)算機(jī)，每小時(shí)耗電10千瓦，那么，同樣一臺(tái)的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)只需一節(jié)干電池就可以工作了。,超導(dǎo)天線,用超導(dǎo)材料制作的、具有一定形狀的、能將發(fā)射機(jī)的射頻電磁能轉(zhuǎn)變成空間電磁波能,或?qū)⒖臻g電磁波能量轉(zhuǎn)換成電磁能量送給接收機(jī)的裝置。

7、 前者為超導(dǎo)發(fā)射天線,后者為超導(dǎo)接收天線。通常天線具有互易性,一個(gè)天線既可以是發(fā)射的,也可以是接收的。 超導(dǎo)天線主要是利用超導(dǎo)體射頻損耗很低的優(yōu)越性。超導(dǎo)接收天線可以顯著提高信噪比。,超導(dǎo)微波器件,高溫超導(dǎo)材料具有極低的微波損耗，利用這一特性研制的濾波器具有插入損耗小、帶邊陡度高、帶外抑制深等特點(diǎn)?？梢蕴岣呶⒉ń邮障到y(tǒng)的靈敏度和抗干擾能力。,超導(dǎo)應(yīng)用抗磁性應(yīng)用,超導(dǎo)磁懸浮列車 核聚變反應(yīng),超導(dǎo)磁懸浮列車,超導(dǎo)型磁懸浮列車也稱超導(dǎo)磁斥型，以日本MAGLEV為代表。它是利用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)，列車運(yùn)行時(shí)與布置在地面上的線圈相互作用，產(chǎn)生電動(dòng)斥力將列車懸起，懸浮氣隙較大，一般為100毫米左右，速度可達(dá)每小時(shí)500公里以上。,熱核反應(yīng)堆,核聚變反應(yīng)發(fā)生時(shí)沒有任何材料能承受這樣的高溫，但是卻可以利用超導(dǎo)體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)營造“磁封閉體”，將熱核反應(yīng)堆中的高溫等離子包圍約束然后慢慢釋放。,托卡馬克磁約束裝置,中國熱核,先進(jìn)實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置,EAST,EAST裝置是我國自行設(shè)計(jì)研制的國際首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克裝置。由中國科學(xué)院等離子體物理研究所在中國安徽省省會(huì)合肥市建設(shè)。 EAST是一個(gè)近堆芯高參數(shù)和穩(wěn)態(tài)先進(jìn)等離子體運(yùn)行科學(xué)問題的重要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，它