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邁斯納效應
超導體對磁場的排斥現象
基本信息
| 中文名 | 邁斯納效應 |
| 外文名 | Meissner effect |
| 拼音 | maisinaxiaoying |
| 術語類別 | 科學術語 |
| 定義 | 是超導體對磁場的排斥現象 |
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[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超導電流。此超導電流形成的磁場，在超導體內部，恰好和磁體的磁場大小相等，方向相反。這兩個磁志抵消，使超導體內部的磁感應強度為零，B=0，即超導體排斥體內的磁場。
（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，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
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，在小磁場中把金屬冷卻進入超導態(tài)時，體內的磁力線一下被排出，磁力線不能穿過它的體內，也就是說超導體處于超導態(tài)時，體內的磁場恒等于零。
超導體一旦進入超導狀態(tài)，體內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部，這是超導體的另一個基本特性。
原理
產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，表面產生一個無損耗感應電流。這個電流產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，這一電流產生的磁場，恰巧抵消了超導體內部的磁場。這一發(fā)現非常有意義，在此之后，人們用邁斯納效應來判別物質是否具有超導性。
作用
邁斯納效應和零電阻現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)的零電阻現象和邁斯納效應是超導態(tài)的兩個相互獨立，又相互聯系的基本屬性。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“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有著廣闊的應用前景。超導現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，將軸承轉速提高到每分鐘10萬轉以上。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，但經常出現失效現象，出現這種現象可能是由于高速行駛產生的顛簸造成的。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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