Transcript 超導體(張洵愷老師)

超導體superconductor
特性
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零電阻：是指電流流通時無阻力的現象，也就是產生永久
電流（persistent current），但在超導體內引發的電流，
有其上限（稱臨界電流），超過此上限，超導態立即消失。
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反磁性：是將超導體放入磁場中，會將其內部的磁場完全
排除，其內部磁通量（magnetic flux)保持為零。因此，
若將一超導體放在一個普通的磁體上方，則會因排斥作用
而懸浮在空中。
超導體的發展
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1911年，荷蘭科學家昂內斯(Onnes)用液氦冷卻
汞，當溫度下降到絕對溫標4.2K時水銀的電阻完
全消失，這種現象稱為超導電性，此溫度稱為汞
的臨界溫度。1913年得諾貝爾物理獎。
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根據臨界溫度的不同，超導材料可以被分為：高
溫超導材料和低溫超導材料。但這裡所說的「高
溫」，其實仍然是遠低於冰點攝氏0℃的，對一般
人來說算是極低的溫度。
超導體的發展
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1933年，邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學家發現，
如果把超導體放在磁場中冷卻，則在材料電阻消
失的同時，磁感應線將從超導體中排出，不能通
過超導體，這種現象稱為完全反磁性或麥森納效
應。
超導體靠近磁鐵時，由電磁感應產生
感應電流,此電流所生的磁場與磁鐵互
相排斥，因此可浮在空中。
低溫超導 < 77K < 高溫超導
在1986年以前發現的超導體的臨界溫度，最高為
23K，要保持這樣低的工作溫度環境是困難的，
且液態氦價格昂貴，所以沒有被廣泛的應用。
1987年以後，華裔科學家朱經武、吳茂昆發現釔
鋇銅氧材料的超導臨界溫度約為98K，引起一陣
的高溫超導研究熱潮。
所以超導體的臨界溫度是高於液態氮的沸點溫度
77K者，即歸類於高溫超導體此區塊。
目前超導體有以下幾方面重要應用
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當物體處於超導狀態時，由於電阻為零，電流在
其間流動時不會有熱效應產生，可以永遠不斷地
繼續流動，因此可以製造超高效率的馬達、發電
機等設備。
(1)輸電、發電系統：
若使用超導體傳輸或產生電力，因為輸送或
產生電力的過程中，傳輸線的電阻為零，使
輸送過程既安全又能節省龐大的能源損耗。
超導體的應用
(2)磁浮列車：
若使用超導體線圈產生的超強磁力，使車身
浮起，因而降低能量耗損。
(3)超導量子干涉儀(SQUID)：
是一種測量磁性非常靈敏的儀器﹐
其用途如：軍用反潛艇裝置及預
報地震﹑地質探勘之用途.
超導體的應用
(4)醫療：
醫療中利用超導體介子發生器可以治療癌，利用
超導磁體可以治療腦血管腫瘤。
題目練習
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下列有關「超導體」的敘述，何者正確？ (Ａ)超導現象
是指所有物質冷卻至某一溫度以下時，其電阻完全消失的
現象 (Ｂ)承(Ａ)，首先發現此現象的人是德國物理學家
麥士納（Meissner） (Ｃ)超導體的兩大特性為「零電
阻」和「永久電流」 (Ｄ)在超導體內引發的電流有其上
限值，超過此限，立即恢復有電阻的正常態 (Ｅ)捷運系
統的磁浮車可以利用超導體的「懸浮效應」。
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答案：(Ｃ)(Ｄ)(Ｅ)
解析：(Ａ)並非所有物質均具有超導性。
(Ｂ)荷蘭科學家昂內斯。
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