超导形成的原因是什么？
具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。
特性 超导材料和常规导电材料的性能有很大的不同。主要有以下性能。①零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。②完全抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。③约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。
超导现象是什么？
超导现象是指材料在低于某一温度时，电阻变为零的现象，而这一温度称为超导转变温度(Tc)。超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性。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!电阻的消失叫做零电阻性。所谓“电阻消失”，只是说电阻小于仪表的最小可测电阻。也许有人会产生疑问：如果仪表的灵敏度进一步提高，会不会测出电阻呢?用“持久电流”实验可以解决这个问题。零。如果回路没有电阻，自然就没有电能的损耗。一旦在回路中激励起电流，不需要任何电源向回路补充能量，电流可以持续地存在下去。有人曾在超导材料做成的环中把电流维持两年半之久而豪无衰减。由此可以电阻率的上限为10-23欧姆厘米，还不到最纯的铜的剩余电阻率的百万亿分之一。零电阻效应是超导态的两个基本性质之一。由正常导体组成的回路是有电阻的，而电阻意味着电能的损耗，即电能转化为热。这样， 如果没有电源不断地向回路补充能量，回路中的电能在极短时间( 例如微秒)里全部消耗完，电流衰减到零。如果回路没有电阻，自然就没有电能的损耗。一旦在回路中激励起电流，不需要任何电源向回路补充能量，电流可以持续地存在下去。有人曾在超导材料做成的环中把电流维持两年半之久而豪无衰减。由此可以电阻率的上限为10-23欧姆厘米，还不到最纯的铜的剩余电阻率的百万亿分之一。零电阻效应是超导态的两个基本性质之一。超导态的另一个基本性质是抗磁性，又称迈斯纳(Meissner) 效应。即在磁场中一个超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强度与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零。也就是说，磁力线完全被排斥在超导体外面。 超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质——当金属处在超导状态时，超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”迈斯纳效应于1933年被瓦尔特·迈斯纳与罗伯特·奥克森菲尔德在量度超导锡及铅样品外的磁场时发现。在有磁场的情况下，样品被冷却至它们的超导相变温度以下。在相变温度以下时，样品几乎抵消掉所有里面的磁场。他们只是间接地探测到这个效应;因为超导体的磁通量守恒，当里面的场减少时，外面的场就会增加。这实验最早证明超导体不只是完美的导电体，并为超导态提供一个独特的定义性质。更多信息可以参考 超导现象
什么是超导现象？
超导现象就是1911年，荷兰莱顿大学的H·卡茂林·昂内斯意外地发现，将汞冷却到-268.98℃时，汞的电阻突然消失。后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，H·卡茂林·昂内斯称之为超导态。昂内斯由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。人们把处于超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。扩展资料：超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质——当金属处在超导状态时，超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”迈斯纳效应于1933年被瓦尔特·迈斯纳与罗伯特·奥克森菲尔德在量度超导锡及铅样品外的磁场时发现。在有磁场的情况下，样品被冷却至它们的超导相变温度以下。在相变温度以下时，样品几乎抵消掉所有里面的磁场。他们只是间接地探测到这个效应；因为超导体的磁通量守恒，当里面的场减少时，外面的场就会增加。这实验最早证明超导体不只是完美的导电体，并为超导态提供一个独特的定义性质。参考资料来源：百度百科-超导现象
超导体的应用有哪些？
磁共振成像迅速发展为商品化生产，至今世界上约有700多台磁共振成像仪，产品生产主要集中于美国和德国，美国约占70％，磁体类型中，超导磁体占了全部产品的95％左右。超导磁分离，是根据种种物质磁性和密度的差异进行分选的一种方法。由于磁杯不同的颗粒在磁分离装置的分选空间中受到磁力、机械力不同的作用，将沿不同路径运动，从而可分别接取磁性产品和非磁性产品。超导磁体具有不可比拟的低耗能特点，这些都大大降低了分离装置的运行成本，虽然初始投资略高于常规磁体，但运行成本非常低，预计可降低90％以上。超导贮能与其他贮能技术相比有许多优点，贮能密度大，贮能效率高(90％～95％)，释放能时没有效率损失。超导贮能技术有许多重要用途，它在节约电能、提高电网稳定性和调节电力系统尖峰负荷方面有重要作用；它还可作为宇宙站的电源，也可作为受控热核反应、激光武器、粒子束武器和电磁轨道炮等的脉冲电源。将常规发电机的转子以超导线圈替代则形成超导同步发电机。超导发电机与常规发电机相比，具有以下优点：机械与通风损耗少，虽然增加了冷却系统的功率损耗，但整个发电系统的损耗只是常规发电机的一半儿，使超导发电机的效率提高0.5％～0.8％(常规发电机效率98％，超导发电机效率99％)。超导发电机的体积小、重量轻，只有常规发电机的1／3～1／2，同步电抗小，稳定性好。由于省去了铁芯，降低了电枢绕组对地绝缘的要求，因此可采用电枢绕组，省去升压变压器，可直接投入已有电网运行。国际上认为，超导同步发电机是未来电站的主力，并争相开展研制工作。已研制完成的最大容量为前苏联和法国的30万千瓦发电机。美国和日本并不急于开发百万千瓦级的发电机，他们已研制完成的发电机容量分别为3万千瓦和5万千瓦。日本计划研制国内最大的20万千瓦的发电机。发电站的容量随着电力需求的增长而增长，因此，大功率、长距离、低损耗的输电技术对提高输电的经济效益是十分重要的，而超导体具有零电阻的特性，可以输送极大的电流和功率而没有电功率损耗，因此超导输电系统必将带来大的改观。当今世界，提高陆路交通工具的速度对促进国家经济发展和改善人们生活质量是十分重要的。传统的铁路车辆由于车轮和铁轨磨损严重，以及车轮与铁轨的摩擦力，限制了车速。这种机车目前设计速度最高可达274公里/小时，运行平均速度为209公里／小时。在本世纪60年代，法国、英国和美国又生产出有轨的气垫机车，城市间运行速度可达160公里/小时。然而，由于人们对磁悬浮兴趣的增长，现在气垫机车的发展已陷于停顿状态。日本人设计一种电动悬挂系统，该系统使用了由液氦冷却的(-269℃)铌等超导物质做成的超导磁体，在-269℃下它的电阻为零，利用超导磁体的排斥力，从而使轨道与列车之间形成10～15厘米的空隙。一个小型示范性模型列车创造了517公里／小时的世界记录，其试验轨道长6.5公里，使用的超导材料是NbTi，在液氦下冷却到5K。磁悬浮列车与传统列车相比有一系列的优点，克服了传统列车对速度的限制；非接触的运行克服了恶劣气候(如雨、雪或冰)的障碍；采用非接触运行，没有机械磨损，减少了维修成本；由于没有运动部件，大大提高了系统的可靠性；由于只用电能，对于石油供应紧张的国家更有意义；可节省能源，100公里消耗能源只是飞机或汽车的1／4；速度极大提高，增加了运送旅客的能力，具有很大的潜在市场；大幅度地降低了噪声与振动，有利于保护环境。粒子加速器是研究宇宙和物质基本问题的主要设备，美国在加速器的建造方面走在世界最前列。随着超导体技术的发展，在1988年美国国家科学基金会批准了建造至今为止功能最强的粒子加速器——超级超导对撞机(SSC)计划，3年财政预算达32亿美元。计划1999年将超级超导对撞机投入运行。超级超导对撞机相当庞大，在地下铺设了长度为53英里的环形管道。超级超导对撞机将把相向的两个质子束加速到光速的99.9％以上的速度，超导磁体使质子束弯曲和聚焦以通过弯曲的路径，超导磁体要比普通铁磁体产生更强的磁场，使质子束行进的曲率半径更小，这样就使环形管道的尺寸小型化。自1962年发现约瑟夫逊效应后，直流超导量子器件和射频超导量子器件相继于1964年和1967年问世。由超导量子干涉器件构成的测量仪器具有很高的磁场灵敏度、很宽的动态范围和优良的频率响应特性，所以有广泛的用途。利用超导量子干涉器件可以测出由人的心脏和脑产生的极微弱的信号，也可以测出由潜入海洋的潜艇产生的对地球磁场的干扰或含油和矿床的地质层中的磁场分布。从1964年以来，研究工作者已将超导量子干涉器件的极高灵敏度用于进行广泛的科学研究。它可以测量极小的电压、电流和电阻；可用于寻找油田和地热能源；研究地震活动；侦察潜艇等。斯坦福大学的科学家用连到5吨重铝棒上的超导量子干涉器件来寻找万有引力辐射线。超导量子干涉器件的用途极为广泛，几乎所有使用超导体的电子仪器都涉及到超导量子干涉器件。随着超导技术的发展，超导量子干涉器件的应用必然不断地扩大。许多科学家坚信，未来的超大容量快速计算机一定会用到超导的，也就是使用约瑟夫逊元件的超高速计算机。前面已经谈过，所谓约瑟夫逊效应就是把两个超导体材料靠得非常紧、离得非常近时，即使它们之间的物质是绝缘的也会有电流流过。可以简单地讲，运用这个效应的器件就称作约瑟夫逊元件。通过调节两块超导体间的绝缘层的厚薄，可以使其电压比某一特定值大时才有电流通过，小时则没有。约瑟夫逊元件就是利用了这一现象。这种现象与半导体的二极管是相同的，所以可以用于计算机。但是，约瑟夫逊器件具有极高的开关速度(是硅器件的10～100倍)和低功耗(只有硅的千分之一以下)，因此发热量极小，可以实现体积小、高密集度。例如，日本电气公司开发出了使用约瑟夫逊元件的新的逻辑电路，其门开关速度达到一万亿分之一秒。此外，超导还可以在辐射探测仪、模拟信号处理器、超导磁屏蔽、电压基准等方面广泛应用。在国防系统方面，超导技术在军事上也可大显身手。在弱电方面，用于水下通信、潜艇探测、遥感、扫雷等；制成高频微波器件、红外探测器，用于雷达、微波通信及地面卫星接收机；超导天线及馈线系统，用于导弹和卫星；数字信号和数据处理器等。在强电方面，主要是利用高电流密度超导材料所产生的强磁场及超导储能线圈可以存储大量能量的特性作为武器的能源，这样可以减少储能设备的尺寸和重量。美国的“星球大战”计划中投入5000万美元进行这方面的研究。研究中使用的低温超导磁体，估计其储能密度相当高，在微微秒时间内释放出来。超导强磁体用于舰船推进系统。美国已用低温超导材料制造出试验性的3兆瓦直流电机，用于舰船推进系统并在海中进行了试验。该电机比相同功率传统空冷电机小33％。实际上，利用低温超导材料及当前的技术可以使电机的重量进一步减小，例如一台具有3万千瓦的超导单极直流电机仅为现在同样功率的交流电机重量的四分之一。美国正在研制这类规模的超导电机，日本也在进行小模型的试验研究。超导电子轨道炮。美国的“星球大战”计划组织支持了该项技术的研究。轨道炮技术是作为射弹加速器来使用的，它能使抛射物达到极高的速度。这种抛射系统不同于化学推进系统，前者可达到的末端点的速度不受气体膨胀速度限制而由行进的电磁脉冲的速度决定，因此可达到很高的速度。高温超导的应用大多是低温超导应用的延伸，即当前已实用的或可预见年份实用的低温超导设备与器件中的低温超导材料用高温超导材料替代，以降低成本，扩大超导的应用范围。但高温超导应用遇到的问题较多，现在仍是物理学前沿阵地的富有挑战性的研究课题。
