超导体的临界条件
超导体的三大临界条件是:临界温度tc、临界电流密度jc、临界磁场hc。
临界温度tc:当温度低于临界转变温度tc时,材料处于超导态;超过临界转变温度tc,超导体由超导态恢复为正常状态。
临界电流密度jc:当通过超导体的电流密度超过临界电流密度jc时,超导体由超导体恢复为正常状态。临界电流密度jc与温度、磁场强度有关。
临界磁场hc:当外界磁场强度超过临界磁场强度hc时,超导体由超导体恢复为正常状态。临界磁场强度hc与温度有关,关系式如下:
超导体的分类
超导体的分类方法有以下几种:
(1)根据材料对于磁场的响应:第一类超导体和第二类超导体。从宏观物理性能上看,第一类超导体只存在单一的临界磁场强度;第二类超导体有两个临界磁场强度值,在两个临界值之间,材料允许部分磁场穿透材料。从理论上看,如上文“理论解释”中的gl理论所言,参数κ是划分两类超导体的标准。
在已发现的元素超导体中,第一类超导体占大多数,只有钒、铌、锝属于属于第二类超导体;但很多合金超导体和化合物超导体都属于第二类超导体。
(2)根据解释理论:传统超导体(可以用bcs理论或其推论解释)和非传统超导体(不能用bcs理论解释)。
(3)根据临界温度:高温超导体和低温超导体。高温超导体通常指临界温度高于液氮温度(大于77k)的超导体,低温超导体通常指临界温度低于液氮温度(小于77k)的超导体。
(4)根据材料类型:元素超导体(如铅和水银)、合金超导体(如铌钛合金)、氧化物超导体(如钇钡铜氧化物)、有机超导体(如碳纳米管)。
超导体用途
超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。超导量子干涉仪(squid)已经产业化。 另外,作为低温超导材料的主要代表nbti合金和nb3sn,在商业领域主要应用于医学领域的mri(核磁共振成像仪)。作为科学研究领域,已经应用于欧洲的大型项目lhc项目,帮助人类寻求宇宙的起源等科学问题。
常规导体做磁体时,要产生10万高斯以上的稳态强磁场,需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却用水,投资巨大;而超导材料在超导状态下具有零电阻和抗磁性,因此只需消耗极少的电能,就可以获得这么大的稳态强磁场。
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