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1911年荷兰科学家翁纳斯（Onnes）在测量低温下水银电阻率的时候发现， 当温度降到零下269度附近， 水银的电阻竟然消失了。  超导现象总是在温度很低的条件下发生，人们把超导体发生超导现象时的温度称做临界温度。人为地制作低温是很麻烦的，显然，临界温度越高超导材料的应用就越方便，越有应用价值，于是世界各国的科研大军又致力于研制高临界温度的超导材料，超导材料开始进入实用阶段。 根据超导体在磁场中磁化行为的不同，一般将超导体分为两类。具有完全抗磁性的超导体为第一类超导体，它们在大于临界磁场时就进入了正常态。具有两个临界场Hc1和Hc2，并且可以经历超导态、混合态和正常态这三种状态的超导体，叫第二类超导体。 超导的发生是核外电子速率随温度变化的显著表现，是核外电子运动所引起的物质特性变化的明显特征,超导原理是： 在很低的温度下，物体的所有的电子速率降低，价电子运转在固定的平面上，达到临界温度，价和电子运转速率越来越低。核心习惯于常温下的核外电子快速运转，价电子运转缓慢，造成了原子暂时缺失价电子的现象。核心就挪用相邻核心的价电子，相邻核心又挪用，所有的核心都向某一方向近邻挪用，于是就形成外层电子公用。这种核外层电子公用的状态就是物质的超导态，核外层电子处于公用的状态的物体就是超导体。 核心把公用的电子流当成自己所需求的核外电子，用核心的库仑力（原子核吸引核外电子使电子绕核运转的力）去输运它，让其在自己身边流过。这样，公用的电子虽然没有绕核运转，但每一瞬时从核心身边流经的电子较多，部分地满足核心对电子的需求。 超导体通电后，在电压波的作用下，使超导体处于公用的状态下的价电子顺势移动，形成了核外层电子公用的电子流——超导电流。核心把外来（公用）的电子流当成自己所需求的电子一部分，用核心的库仑力去顺势输运它，让其在自己身边流过，于是超导电流不仅不受到阻力，而且还获得了一份来自核心的输运力。在原子库仑力的接力输送下，电子畅通无阻，形成了电阻为零的超导现象。 正因为超导电流获得了核心的输运力，所以它能像常态的核外电子那样永恒不断地运动，流速均衡、电阻为零，保持永恒的电流。超导发生是大量的电子群集流动。大量电子的定向运动，伴生着很强的电磁波，伴生着极强的磁场。 超导时大量电子在物体内均衡畅通地在核心边流动，成了核外电子的组成部分，大量电子的定向流动伴生着很强的磁场。外磁场会干扰电子的定向运动，所以伴生的磁场必须把外磁场抵制在外，于是就形成了很强的抗磁性。  实验表明，金属物体（第一类超导体）在超导时，外磁场从超导体内完全排出，表现出很强的抗磁性，又称迈斯纳效应（Meissner effect）。若外磁场太强，干扰电子不能形成整齐的定向运动，即使到了临界低温，超导也不能发生。这种现象正好印证了以上所讲的电—磁伴生现象。 同样，内磁场强的物体也难以发生超导，铁磁性或反铁磁性金属因其内部结构元的排列使得部分价磁力叠加，内磁场较强，阻止电子直线定向流动，因而不具有超导性能。而且磁性物质的微粒——杂质也会阻断核外电子共用，影响超导发生。 大自然往往是戏剧性地展示其风采，近些年发现的超导材料并不是传统上被认为是良导体的金属及其合金，而是在常态下导电性能很差的氧化物体系的陶瓷，这就是所谓第二类超导体。 此类超导是因多元素化合后，在低温条件价电子速率不尽相同，造成了较大的电子空位，所以这类超导体的临界温度较高，超导电流也较大。因化合体是由许多元素的结构元结合而成，电子空位只占其一隅（整体上是一条细缝），第二类超导体的超导电流伴生的磁力线不是很密，外磁场还是能从其他元素间穿过，所以迈斯纳效应不是十分明显，但是允许通过的外磁性不能太强，否则也会阻断超导。 元素的价电子数为３、５、７时，价电子不能均匀分布在原子表面，于是形成了价和运转绕核心的环绕角不均匀，或价电子层的再分层（如3可以分成2，1），低温条件下核心对最外层电子管束不力，首先在间隙大的部位形成电子空位，所以价电子数为３、５、７的元素在常温下通常是绝缘体，在低温下却较易形成超导。 当原子质量较大，核外电子数多，层数也多，核心对外层电子管束不力，超导电子空位容易产生，所以较易形成超导，而且临界温度较高。 在非理想的第二类超导体中，磁通线进入超导体里，并在其中非超导部位(位错、第二相等)产生钉扎现象。这种磁通线能否处于最佳钉扎状态对超导体的载流能力关系极大。 一些绝缘体在低温条件下价和电子降低速率，发生了外电子公用，形成了性能良好的超导体，绝缘体形成超导，为电子空位导电再次提供了例证，大自然用超导现象向人们展示着核心与核外电子间的依存关系，述说着核外电子运动的规律性。 超导现象的特征，一是在低温条件下价和电子降低速率，形成了外电子公用；二是超导时公用电子的流动不仅不受到阻力，而且还获得了一份来自核心的输运力。背离了这两大特征，超导就无从谈起。 物质的超导特性与温度密切相关，而且极有规律性。再一次为核外电子的运转线路、速率决定物质的各种特性；电子运动的线路、速率的变化决定物质各种特性的论点提供了有力的例证。 超导体的电流只分布在表面，内部没有。通常说的0电阻是 指超导电流的电阻，超导体表面的超导电流的磁场会屏蔽外磁场，所以内部无磁场。当外部加交变磁场或者导线内加电场时，超导体会产生常规电流，这个电流会有损耗，也就是说有电阻。超导体内通强电流和外加强磁场都可以破坏超导性质。 我国上海磁悬浮列车采用的是常规磁体悬浮技术，日本的磁悬浮列车采用的是超导磁悬浮技术。  日本使用的超导物质是将超细铌钛合金多芯线埋入铜母线内制成的超导电线，当此种超导电线浸入液氦(－269℃)中时进入超导状态产生强大磁场。这是世界上首次在实用运输设备上用超导技术实现可获得550公里稳定时速的大功率强磁线圈，其电压为22KV。日本的MLX01型列车装备的压缩机为目前世界上体积最小、能力最强的节能型车载液氦及液氮压缩机，并且实现了连续工作1万小时无故障的纪录。使得列车运行时一次充氦(氮)以后无需再补充液氮或液氦。  医用MRI设备的核心部件是一个高磁场强度的低温超导磁体，超导线圈浸泡在4K(-269℃)左右的液氦之中，以实现超导。MRI用低温制冷机从温区上分为4K制冷机与10K制冷机两种，其中4K制冷机因为可以将磁体蒸发出来的氦气全部液化，从而实现磁体液氦的零消耗，正在成为MRI使用的主流低温制冷机。 |
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