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深入研究球磨机的磨性超导电性的物理本质

发布日期:2012-10-07 点击量:3

    深入研究球磨机的磨性超导电性的物理本质

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    研究球磨机的磨性超导电性的物理本质,在1957年由三位美国物理学家巴丁(Baxdeen)、库柏(Gmper)和施里弗(Schrieffer)从量子力学的观点出发成功地阐明了超导电现象。这一理论取三入名字的首字母缩写丿4做B㈡微观理论,其要点是:当超导体处于超导态时,电子运动由杂乱到有序。伴跟着这一现象而有能量的降低,电子双双组成了电子对丿刂做库柏电子对。电子对的总动量为零。它们和晶格实际上没有能量交换,不被晶格振动而散射。电流的活动不会发生变化,没有电荷的加速运动,因此没有电阻。这就是产生超导电性的原因。1962年英国年青的研究生约瑟夫森(Josephson)根据这一理论预言:两块超导体之间夹一层绝缘薄膜,因为量子力学的地道效应,电子对能通过这个绝缘层。这一预言第二年就被证明。从而充分证实了这一微观理论的准确性。
    因为上述原因,超导态只存在于图4-37所示的曲面以内。曲面外为正常态,曲面则为临界面。

    临界电流(1.):不仅外加球磨机的磨场能够破坏超导态。而且通过超导体的电流达到一定值时也能破坏超导态,这时的电流叫做临界电流1.。这是当电流超过一定值时,电流产生的磨场达到了H‘的缘故。

    临界磨场强度(环):超导态可以用一个超过一定值的外磨场来破坏,使其变为正常态,这一定值的外磨场叫做临界磨场凡。对一定物质来说临界磨场的大小只和温度有关。温度越低,临界磨场越高。图4-36表示两者之间的关系。

    临界温度( T‘):各种超导材料有各〈了‘,才能由正常态转变为超导态。例如铌(N10)的临界温度, T‘= 9.2 K,铌一钛合金的临界温度为了‘= 18.2 K,钒三镓(V3Ga)的临界温度为: T‘= 16.8 K。其临界温度越高,使用价值越大。1973年国外发现临界温度最高的] 的研制上,已跨入了国际领先地位。1986年底报道了物理所对钡(锶)、镧、铜、氧系多相金属氧化物的超导试验,其转变温度为48.6 K。同时还表明,少数样品可能达到70 K。达到了液氮温区。这种骤然发现转变温度最高的超导体乃1起了海内外的普遍关注。

    (1)超导体的临界参数。超导态的存在是有特定前提的,只有在这种特定前提下,超导体才能由正常态转变为超导态。这些特定前提称为临界参数。主要有临界温度巳、临界磨场鼠和临界电流L,三者互为因果。

    超导体进入超导态的完全抗磨效应立,可用一个用超导体做成的实心小球来说明(图4-35)。当小球处于正常状态时(T〉了‘),将其放入磨场,这时磨力线平均穿过小球[图4-35(a)L降低温度,当丁〈了‘时,小球进入了超导状态,这时磨力线完全被排出,球内磨场变为零[图4-35(c)].当球进入超导态时所产生的完全抗磨性,是因为所产生的抗磨电流所致[图4-35(b)中的虚线L这个抗磨电流起着屏蔽磨场的作用,使磨场不能进入超导体内部,抗磨电流的磨场方向与外磨场方向相反,大小相等。这种电流在磨场中持续存在下去,是一种永久电流。

    (2)完全抗磨性(常称迈斯纳效应)。走这一特性是荷兰物理学家迈斯纳(Meissner)和奥森菲尔德(Ocenfeld)于1933年发现的,故称为迈斯纳效应。

    超导体处于超导态时对直流没有电阻,就没有热损耗,因而一旦回路中激起电流后,电流就持续不变,成为永不衰减的持久电流。图表示外磨场撤销后的持久电流。

    (3)理想导电性(零电阻特性)。这种完全导电性,只是对直流而言,在交流(电磨波)的情况下,超导体就不再具有零电阻(即完全导电性),而泛起了交流损耗。一般说来频率越高,超导体的交流损耗也就越大。超导体是否具有直流电阻,到目前为止,还没有任何证据。但是,近年根据超导重力仪的观测表明,超导体即使有电阻,其电阻率也是异常的小,其值小于10-25Q勉n,和良导体铜在4.2 K时的电阻率10 -9Q/cm比拟,它们电阻率相差1016倍。因此,可以以为超导体处于超导态时的直流电阻为零。

    20世纪初(1911年),莱顿大学物理学家奥涅斯(H.K.Ormes)在实验中丈量低温下水银的电阻时发现:在4.15 K时,电阻溘然全部消失。这种奇特的现象刀1起人们极大的留意。到1913年证实这一无意偶然的发现是确实的。人们把这种电阻溘然消失的零电阻现象,叫做超导电性,把具有超导电性的物质叫超导体;把物质秒所绎的这种状态叫做超导态。超导体和正常金属导体的电阻和温度的关系如图4-33所示。超导电状态不能存在于临界温度了‘以上。超导体达到转变温度叉后,电阻溘然转变为零,此时便进入超导态,而一般金属则不然,它们和温度的关系没有突变发生,是呈圆滑曲线。处于超导状态的超导体,具有以下基本特性:

    (1)球磨机的磨场强度高。永久磨铁两极的磨场,可达320 ~560 kA/m(4~ 7 kN。常规电磨体可以通过增加电流,突破这一限度。但因为铜、铁的电阻和磨滞而产生热耗需要进行冷却,要获得更高的磨场也受到了限制,通常可达720~ 1600 kA/m(9 ~20 kOe)。而利用超导磨体所产生的磨场强度,可由几万到十几万奥斯特。
    (2)此外超导磨体的不乱性好,平均度高,还可以获得常规磨体无法达到的高磨场梯度(140 _/cm2)等长处。

    (3)超导磨体重量轻、体积小。因为超导体的电流密度(105A/cm2)比普通铜线的电流密度(102 A/cm2)高良多倍,所以超导磨体不仅磨场强度高,而且十分轻便。一个4000 kA/m(50kOe) 常规磨体其重量可达20 t,而超导磨体仅有几千克,轻重悬殊几千倍。

    (4)能量消耗低。一个十几万奥斯特的常规磨体,磨体本身供电量可达1600 kW,几乎相称于一座10万进口的城市照明用电。此外,还需每分钟约4500 L的冷却水。如磨场再进步,电耗和冷却水还要剧增。对超导磨体来说,一个十儿万奥斯特的超导磨体,只需几百瓦的功率就够了。既不损耗多少能量,也不需要庞大的供水设备。

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