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什么是超導體?既然超導時電阻為0,為什么通電后電流還有示數而不是無限大?

作者:佚名    文章來源:網絡    點擊數:    更新時間:2023/8/2

超導體又稱為超導材料,指在某一溫度下,電阻為零的導體。在實驗中,若導體電阻的測量值低于10-25Ω,可以認為電阻為零。

超導體不僅具有零電阻的特性,另一個重要特征是完全抗磁性。

超導體具有三個基本特性:完全電導性、完全抗磁性、通量量子化。

與半導體區別:

導電性能介于導體與絕緣體之間的材料,叫做半導體。

主要的半導體材料有硅、鍺、砷化鎵、硅鍺覆合材料等。

 

導體是能電離的物體,半導體是在一定條件下能電離的物體,絕緣體是不能被電離的物體,超導體是能被完全電離的物體.在超低溫之下,物體電荷之間的吸力驟減,電子更容易被電離,有的物體甚至能被完全電離,這就是超導了.在高溫條件下,許多物質電荷之間的吸力減弱,就像磁鐵在高溫下吸力減弱一樣,能不能在高溫區尋找超導呢?也許比較困難,溫度低了電子不能被完全電離,溫度高了導線就熔化了,當然液體也可以作為導體.從理論上來說,常溫下質子與電子結合最緊密,不可能存在超導,否則以原子為基礎的物質就不能形成.在超低溫和超高溫,質子與電子的結合都比較松散,這是形成超導的條件.不過在超高溫條件下電流能否形成,這是需要實驗進行驗證的,不妨讓電流通過液態鐵試試。

超導就不清楚了,因為維持那東西,現在一般都是在低溫,技術還不成熟。


答:歐姆定律只適用于純電阻電路,或者等效為純電阻的電路中;并不適用于超導體內,超導體的電流描述,需要用更基本的物理定律。


歐姆定律

歐姆定律是德國科學家喬治·西蒙·歐姆,在1826年提出來的物理定律,表述為:同一電路中,通過某段導體的電流,與導體兩端的電壓成正比,與導體的電阻成反比,既I=U/R。

 

如果只看公式本身,當電阻為零時,似乎電路中的電流會變得無窮大,這顯然是有問題的;原因在于,歐姆定律是根據實驗總結出來的定律,本質上是經驗公式,不是嚴格的物理定律。

嚴格的物理定律,就比如牛頓第二定律F=ma;經驗公式,就比如海拔每提升100米,氣溫就下降大約0.6℃;前者是嚴格遵循的物理規律,后者只在一定范圍和精度內近似成立。

 

歐姆定律屬于經驗公式,科學實驗表明,對于電流承受能力足夠的某段導體,在1000安培內,歐姆定律的誤差小于1%,在10000安培時,歐姆定律的誤差小于2%,但是并不適用于超導體、半導體和氣體導電中。


超導體

對于超導體,我們需要使用更基本的物理定律,來描述通過超導體的電流,在物理學中電流定義為:單位時間內通過導體橫截面的電荷量,既I=Q/t。

這是電流的定義式,適用于任何情況,當然也適用于超導體內;超導體還可以看成,電流在通過超導體時,不會產生壓降。

 

在1954年3月16日~1956年9月5日,科學家做了著名的昂尼斯持久電流實驗,利用電磁感應激發環形超導體的電流,然后在接下來的兩年多時間里,超導體內的電流沒有衰減,說明超導體的電阻絕對為零。


如果我們把電源電壓直接加在超導體兩端,由于超導體沒有電阻,所以相當于電源正負極短路,電流由電源的內電阻決定;如果我們把超導體加在電路當中,那么可以通過串聯電路性質,來得到通過超導體的電流。

 

我們研究的電路圖中,其實所有導線都被近似看成超導體,因為我們默認導線是沒有電阻的,通過導線的電流也不產生壓降。

在實際當中,超導體還存在臨界電流密度Jc,當超過臨界電流后,超導體的超導特性將會消失,所以對于某段確定的超導體,電流并不會出現無限大。

 

Tags:洗衣機,全自動洗衣機,西門子PLC  
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