2022-2023学年高二物理竞赛课件：超导电性的应用

超导电性的应用 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 1、用超导材料制造电缆可实现无损耗输电。 2、用超导材料制造电机，可以大大提高效率。 3、用超导线圈制造电磁体可以得到很强的磁场，可应用于受控核聚变、高能加速器、磁流体发电、磁悬浮列车、核磁共振成像装置等。 磁悬浮列车 超导电性的应用 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 格波 电子在离子晶格间运动时，电子密度有起伏，当电子在某处集中时，会对附近的离子晶格产生吸引，从而使离子产生振动，并以波的形式在点阵中传播，这种波称为格波。 声子 格波是量子化的，其量子称为声子。形成格波的过程相当于电子发射出一个声子。 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 库珀对 传播着的正电荷区又可以吸引另一个运 动着的电子，相当于电子吸引了声子，两个电子 通过交换声子产生了间接的吸引作用。对于某些 材料，在一定的低温条件下，交换声子的两个电 子可以束缚在一起形成一个电子对，称为库珀对。 电子A 声子 电子B 电子A 电子B （声子） 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 BCS理论 处在超导态的电子，不是单独一个个存在的，而是配成库珀对存在的，配对的电子，其自旋方向相反，动量的大小相等而方向相反，总动量为零。库珀对作为整体与晶格作用，因此一个电子若从晶体得到动量，则另一个电子必失去动量，作为整体，不与晶格交换动量，也不交换能量，能自由地通过晶格，因此没有电阻。 当温度大于临界温度时，热运动使库珀对分散为正常电子，超导态转为正常态。 当磁场强度达到临界强度时，磁能密度等于库珀对的结合能密度，所有库珀对都获得能量而被撤散，超导态转为正常态。 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 C60是由60个碳原子构 成的空心大分子，外形酷 似足球。 固态C60类似于GaAs 的半导体，在其中掺入 碱金属，它将转变为超 导体。 有科学家预言，如能制成C540，它将可能成为室温超导体。 C60的示意图 碳60分子（C60） 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 团簇 介观物理 研究尺度介于原子分子与固体液体之间物态的学科 团簇 一定的原子、分子或离子组成的空间尺度0.1–10mm，相对稳定的集体。 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 纳米材料 表面效应 尺度在1-100nm的微粒或由之加工成的固体材料 尺度越小，表面原子所占比例越大，表面活性越高 小尺寸效应 微粒尺度小到一定程度表现出的效应：丧失磁性、 反射率降低、陶瓷材料韧性增加等 量子效应 微粒尺寸小于几十纳米时，能带变窄，还原成独立 能级而产生的现象 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 纳米材料在微电子器件、机械工程、动力工程、生物医药方面都有广泛的应用，有十分广泛的应用前景。 ATP酶（分子马达） STM排列原子 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 可见由普朗克公式可以推导出斯特藩-玻尔兹曼定律。 为了求出最大辐射值对应的波长 ，可以由普朗克公式得到 满足： 经整理得到 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 令 有 这个方程通过迭代法解得 即 可见由普朗克公式可推导得出维恩位移定律。 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 单缝夫琅禾费衍射 (1) 暗纹条件 (2) 明纹条件 光学仪器的最小分辨角和分辨本领 最小分辨角 分辨本领 理学院 物理系 陈强 $