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邁斯納效應
超導體對磁場的排斥現(xiàn)象
基本信息
| 中文名 | 邁斯納效應 |
| 外文名 | Meissner effect |
| 拼音 | maisinaxiaoying |
| 術(shù)語類別 | 科學術(shù)語 |
| 定義 | 是超導體對磁場的排斥現(xiàn)象 |
概念
邁斯納效應是超導體從一般狀態(tài)相變至超導態(tài)的過程中對磁場的排斥現(xiàn)象，于1933年時被瓦爾特·邁斯納與羅伯特·奧克森菲爾德在量度超導錫及鉛樣品外的磁場時發(fā)現(xiàn)[1]。
當一個磁體和一個處于超導態(tài)的超導體相互靠近時，磁體的磁場會使超導體表面中出現(xiàn)超導電流。此超導電流形成的磁場，在超導體內(nèi)部，恰好和磁體的磁場大小相等，方向相反。這兩個磁志抵消，使超導體內(nèi)部的磁感應強度為零，B=0，即超導體排斥體內(nèi)的磁場。
（圖）邁斯納效應
解釋
在弱場下，超導體幾乎“排斥”掉所有的磁通量，磁力線無法穿透超導體。它通過在其表面建立起電流來達到這點。這些表面電流的磁場與外加的磁場在超導體內(nèi)互相抵消。由于場排斥（或抵消）并不隨時間而改變，所以導致這效應的電流（又稱持久電流）并不會因時間而減弱。因此電導率可被視為無限：即超導體。
在接近表面的一定距離內(nèi)，磁場并不會被完全抵消，這個距離被稱為倫敦穿透深度。每一種超導體都有其特有的穿透深度。
任何完美的零電阻導電體都會因為簡單的電磁感應現(xiàn)象，阻止通過其表面的磁通量改變。然而，超導體的邁斯納效應跟這個有區(qū)別：當為了在外加磁場下到達超導態(tài)，而冷卻一般導電體時，磁通量在相變期間會被排斥。這樣的效應無法用無限電導率來解釋。它的解釋比這個更復雜，最早由弗里茨·倫敦與海因茨·倫敦兩兄弟在倫敦方程中提出。
發(fā)現(xiàn)
1933年德國物理學家邁斯納（W.Meissner）和奧森菲爾德（R.Ochsebfekd）對錫單晶球超導體做磁場分布測量時發(fā)現(xiàn)，在小磁場中把金屬冷卻進入超導態(tài)時，體內(nèi)的磁力線一下被排出，磁力線不能穿過它的體內(nèi)，也就是說超導體處于超導態(tài)時，體內(nèi)的磁場恒等于零。
超導體一旦進入超導狀態(tài)，體內(nèi)的磁通量將全部被排出體外，磁感應強度恒為零，且不論對導體是先降溫后加磁場，還是先加磁場后降溫，只要進入超導狀態(tài)，超導體就把全部磁通量排出體外。
（圖）邁斯納效應
此外，超導體還是完全的抗磁體，外加磁場無法進入或（嚴格說是）大范圍地存在于超導體內(nèi)部，這是超導體的另一個基本特性。
原理
產(chǎn)生邁斯納效應的原因是：當超導體處于超導態(tài)時，在磁場作用下，表面產(chǎn)生一個無損耗感應電流。這個電流產(chǎn)生的磁場恰恰與外加磁場大小相等、方向相反，因而總合成磁場為零。換句話說，這個無損耗感應電流對外加磁場起著屏蔽作用，因此稱它為抗磁性屏蔽電流。
超導體不是電阻無限小的理想導體。
因為對于電阻率ρ無限小的理想導體，根據(jù)J＝σＥ＝Ｅ／ρ，當ρ為０時，Ｅ必須為０才能使Ｊ保持有限。這就是說對理想導體在沒有電場Ｅ的條件下仍可以維持穩(wěn)恒穩(wěn)定流密度。
實驗
后來人們還做過這樣一個實驗，在一個淺平的錫盤中，放入一個體積很小磁性很強的永久磁鐵，然后把溫度降低，使錫出現(xiàn)超導性。這時可以看到，小磁鐵竟然離開錫盤表面，飄然升起，與錫盤保持一定距離后，便懸空不動了。這是由于超導體的完全抗磁性，使小磁鐵的磁力線無法穿透超導體，磁場發(fā)生畸變，便產(chǎn)生了一個向上的浮力。
進一步的研究表明：處于超導態(tài)的物體，外加磁場之所以無法穿透它的內(nèi)部，是因為在超導體的表面感生一個無損耗的抗磁超導電流，這一電流產(chǎn)生的磁場，恰巧抵消了超導體內(nèi)部的磁場。這一發(fā)現(xiàn)非常有意義，在此之后，人們用邁斯納效應來判別物質(zhì)是否具有超導性。
作用
邁斯納效應和零電阻現(xiàn)象是實驗上判定一個材料是否為超導體的兩大要素。邁斯納效應指明了超導態(tài)是一個熱力學平衡狀態(tài)，與如何進入超導態(tài)的途徑無關，超導態(tài)的零電阻現(xiàn)象和邁斯納效應是超導態(tài)的兩個相互獨立，又相互聯(lián)系的基本屬性。單純的零電阻并不能保證邁斯納效應的存在，但零電阻效應又是邁斯納效應的必要條件。因此，衡量一種材料是否是超導體，必須看是否同時具備零電阻和邁斯納效應。
另外，科學家根據(jù)“邁斯納效應”的原理，應用于超導列車和超導船。
超導材料和超導技術(shù)有著廣闊的應用前景。超導現(xiàn)象中的邁斯納效應使人們可以用此原理制造超導列車和超導船，由于這些交通工具將在懸浮無摩擦狀態(tài)下運行，這將大大提高它們的速度和安靜性，并有效減少機械磨損。利用超導懸浮可制造無磨損軸承，將軸承轉(zhuǎn)速提高到每分鐘10萬轉(zhuǎn)以上。摘自物理宇宙科普書籍《變化》
超導列車已于70年代成功地進行了載人可行性試驗，1987年開始，日本開始試運行，但經(jīng)常出現(xiàn)失效現(xiàn)象，出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是由于高速行駛產(chǎn)生的顛簸造成的。超導船已于1992年1月27日下水試航，目前尚未進入實用化階段。利用超導材料制造交通工具在技術(shù)上還存在一定的障礙，但它勢必會引發(fā)交通工具革命的一次浪潮。
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