超導體的臨界條件
超導體的三大臨界條件是:臨界溫度Tc、臨界電流密度Jc、臨界磁場Hc。
臨界溫度Tc:當溫度低于臨界轉變溫度Tc時,材料處于超導態;超過臨界轉變溫度Tc,超導體由超導態恢復為正常狀態。
臨界電流密度Jc:當通過超導體的電流密度超過臨界電流密度Jc時,超導體由超導體恢復為正常狀態。臨界電流密度Jc與溫度、磁場強度有關。
臨界磁場Hc:當外界磁場強度超過臨界磁場強度Hc時,超導體由超導體恢復為正常狀態。臨界磁場強度Hc與溫度有關,關系式如下:
超導體的分類
超導體的分類方法有以下幾種:
(1)根據材料對于磁場的響應:第一類超導體和第二類超導體。從宏觀物理性能上看,第一類超導體只存在單一的臨界磁場強度;第二類超導體有兩個臨界磁場強度值,在兩個臨界值之間,材料允許部分磁場穿透材料。從理論上看,如上文“理論解釋”中的GL理論所言,參數κ是劃分兩類超導體的標準。
在已發現的元素超導體中,第一類超導體占大多數,只有釩、鈮、锝屬于屬于第二類超導體;但很多合金超導體和化合物超導體都屬于第二類超導體。
(2)根據解釋理論:傳統超導體(可以用BCS理論或其推論解釋)和非傳統超導體(不能用BCS理論解釋)。
(3)根據臨界溫度:高溫超導體和低溫超導體。高溫超導體通常指臨界溫度高于液氮溫度(大于77K)的超導體,低溫超導體通常指臨界溫度低于液氮溫度(小于77K)的超導體。
(4)根據材料類型:元素超導體(如鉛和水銀)、合金超導體(如鈮鈦合金)、氧化物超導體(如釔鋇銅氧化物)、有機超導體(如碳納米管)。
超導體用途
超導磁體可用于制作交流超導發電機、磁流體發電機和超導輸電線路等。超導量子干涉儀(SQUID)已經產業化。 另外,作為低溫超導材料的主要代表NbTi合金和Nb3Sn,在商業領域主要應用于醫學領域的MRI(核磁共振成像儀)。作為科學研究領域,已經應用于歐洲的大型項目LHC項目,幫助人類尋求宇宙的起源等科學問題。
常規導體做磁體時,要產生10萬高斯以上的穩態強磁場,需要消耗3.5兆瓦的電能及大量的冷卻用水,投資巨大;而超導材料在超導狀態下具有零電阻和抗磁性,因此只需消耗極少的電能,就可以獲得這么大的穩態強磁場。
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