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什么是超导体?既然超导时电阻为0,为什么通电后电流还有示数而不是无限大?

作者:佚名    文章来源:网络    点击数:1216    更新时间:2023/8/2

超导体又称为超导材料,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。

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。

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。

与半导体区别:

导电性能介于导体与绝缘体之间的材料,叫做半导体。

主要的半导体材料有硅、锗、砷化镓、硅锗覆合材料等。

 

导体是能电离的物体,半导体是在一定条件下能电离的物体,绝缘体是不能被电离的物体,超导体是能被完全电离的物体.在超低温之下,物体电荷之间的吸力骤减,电子更容易被电离,有的物体甚至能被完全电离,这就是超导了.在高温条件下,许多物质电荷之间的吸力减弱,就像磁铁在高温下吸力减弱一样,能不能在高温区寻找超导呢?也许比较困难,温度低了电子不能被完全电离,温度高了导线就熔化了,当然液体也可以作为导体.从理论上来说,常温下质子与电子结合最紧密,不可能存在超导,否则以原子为基础的物质就不能形成.在超低温和超高温,质子与电子的结合都比较松散,这是形成超导的条件.不过在超高温条件下电流能否形成,这是需要实验进行验证的,不妨让电流通过液态铁试试。

超导就不清楚了,因为维持那东西,现在一般都是在低温,技术还不成熟。


答:欧姆定律只适用于纯电阻电路,或者等效为纯电阻的电路中;并不适用于超导体内,超导体的电流描述,需要用更基本的物理定律。


欧姆定律

欧姆定律是德国科学家乔治·西蒙·欧姆,在1826年提出来的物理定律,表述为:同一电路中,通过某段导体的电流,与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比,既I=U/R。

 

如果只看公式本身,当电阻为零时,似乎电路中的电流会变得无穷大,这显然是有问题的;原因在于,欧姆定律是根据实验总结出来的定律,本质上是经验公式,不是严格的物理定律。

严格的物理定律,就比如牛顿第二定律F=ma;经验公式,就比如海拔每提升100米,气温就下降大约0.6℃;前者是严格遵循的物理规律,后者只在一定范围和精度内近似成立。

 

欧姆定律属于经验公式,科学实验表明,对于电流承受能力足够的某段导体,在1000安培内,欧姆定律的误差小于1%,在10000安培时,欧姆定律的误差小于2%,但是并不适用于超导体、半导体和气体导电中。


超导体

对于超导体,我们需要使用更基本的物理定律,来描述通过超导体的电流,在物理学中电流定义为:单位时间内通过导体横截面的电荷量,既I=Q/t。

这是电流的定义式,适用于任何情况,当然也适用于超导体内;超导体还可以看成,电流在通过超导体时,不会产生压降。

 

在1954年3月16日~1956年9月5日,科学家做了著名的昂尼斯持久电流实验,利用电磁感应激发环形超导体的电流,然后在接下来的两年多时间里,超导体内的电流没有衰减,说明超导体的电阻绝对为零。


如果我们把电源电压直接加在超导体两端,由于超导体没有电阻,所以相当于电源正负极短路,电流由电源的内电阻决定;如果我们把超导体加在电路当中,那么可以通过串联电路性质,来得到通过超导体的电流。

 

我们研究的电路图中,其实所有导线都被近似看成超导体,因为我们默认导线是没有电阻的,通过导线的电流也不产生压降。

在实际当中,超导体还存在临界电流密度Jc,当超过临界电流后,超导体的超导特性将会消失,所以对于某段确定的超导体,电流并不会出现无限大。

 


Tags:洗衣机,全自动洗衣机,西门子PLC  
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