1
超导体超导电性的发现超导电性在 1911年由荷兰物理学家翁内斯 (Onnes)发现。
1908年荷兰物理学家翁内斯经过长期努力，使最后一种“永久气体”氦气 (He)液化。 1911年翁内斯在研究金属电阻随温度变化规律时发现，当温度降低时，汞 (Hg)的电阻先是平稳地减小，而在 4.2K附近，
电阻突然降为零。于是称这种情况下发生的零电阻现象为物质的超导电性。当然，具有超导电性的材料也就称之为超导体。超导体开始失去电阻时的温度称为超导转变温度
(Tc)。
(kammerlingh_Onnes)
2
温度在 Tc以上时，超导体与正常导体一样，都有一定的电阻值，此时超体处于正常态，而在 Tc以下，超导体处于零电阻状态，即超导态。但实际上，超导体从正常态向超导态的过渡是在一个温度间隔内完成的，这个温度间隔称为转变温度，与超导体的性质有关。因此，
我们通常将超导体电阻下降到正常态电阻值一半时所处温度定为 Tc.
3
零电阻现象大家都知道，若将金属环放在磁场中，则环内将产生感应电流，对于正常金属来说，当磁场去掉后，环内电流很快衰减为 0，而对于超导环，情况却完全不同，下图为著名的持续电流实验。
（ 1） T>Tc在超导环上加磁场
（ 2） T<Tc圆环在磁场中变为超导态
（ 3）突然撤去外磁场，超导的圆环产生持续电流
4
磁场变化时产生的感生电动势为 -∮dB/dt,所以感生电流 I为 SdB/dt=RI+LdI/dt (1.1)
当外磁场停止变化时有
RI+LdI/dt=0 (1.2)
所以有
I(t)=I(0)exp(-Rt/L)
其中 I(0)是初始电流,I(t)是在 t(>0)时刻的电流。显然，
如果 R≠ 0,则电流 I(t)是随时间指数衰减的。
如果 R=0，则 (1.1)式变为
SdB/dt=LdI/dt （ 1.3）
所以有
LI+ SB=const (1.4)
5
而 LI+SB是穿过回路的总磁通量，于是我们证明了穿过一无阻回路的总磁通量不变。当外磁场改变时就产生一个感生电流，这个电流 I产生的磁通正好补偿外磁通的变化，因为 R=0，所以感生电流将持续流动下去。即使外磁通变为零，
环内磁通仍由感生的环形电流维持。
6
将一超导圆环放在磁场中并冷却到临界温度以下，
突然撤去磁场，则在超导坏中产生感生电流。实验发现，
此电流可以持续存在，观查几年也未发现电流有明显变化。应该指出的是，超导体只有在直流情况下才有零电阻现象，若电流随时间变化，将会有功率耗散。
完全抗磁性（迈斯纳效应 ）
直到 1933年，人们从零电阻现象出发，一直把超导和完全导体 (或称无阻导体 )完全等同起来，而 1933年德国物理学家迈纳斯和奥克森菲尔德的磁测量表明，超导体的磁性质与完全导体不同。下图所示体现了理想导体与实际超导体中磁场的区别。
7
由此可见，对于理想导体，在处于正常状态时加了外磁场，
磁力线穿过其内部，降温使其转变为完全导体，由于完全导体的磁性质，内部磁通分布将不变，去掉外磁场后，完全导体仍还将保持其内部的磁通线。而对于超导体，当从正常态变到超导态后，原来穿过超导体的磁通被完全排出到超导体外，同时超导体外的磁通密度增加。由此可见，只要 T<Tc，在超导体内部总有磁感应强度 B=0，这种现象就叫做迈斯纳效应。
(a)理想导体 T>Tc T<Tc T<Tc (b)超导体 T>T
c T<Tc T<Tc
8
超导体的优缺点如果超导体能应用于实际会降低输电损耗,提高效率及在其他方面给人类带来许多好处,
目前超导体还只应用在科学实验和高新技术中,这是因为一般的金属或合金的超导临界温度都较低,
9
我们用超导体干什么?
超导磁悬浮列车利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。
10
上海磁悬浮快速列车就是一条连接浦东国际机场与上海市区的高速交通线
11
超群的超导磁体超导材料最诱人的应用是发电
、输电和储能。
由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性
，因此只需消耗极少的电能，
就可以获得 10万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体，要产生这么大的磁场，需要消耗 3.5兆瓦的电能及大量的冷却水，投资巨大。
超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。
12
超导计算机高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工作时会发生大量的热，而散热是超大规模集成电路面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速度大大提高。此外，科学家正研究用半导体和超导体来制造晶体管
，甚至完全用超导体来制作晶体管 。
13
明天的超导应用超导高速公路超导芯片超导飞船超导“金霸王”
Future
超导电磁炮
超导体超导电性的发现超导电性在 1911年由荷兰物理学家翁内斯 (Onnes)发现。
1908年荷兰物理学家翁内斯经过长期努力，使最后一种“永久气体”氦气 (He)液化。 1911年翁内斯在研究金属电阻随温度变化规律时发现，当温度降低时，汞 (Hg)的电阻先是平稳地减小，而在 4.2K附近，
电阻突然降为零。于是称这种情况下发生的零电阻现象为物质的超导电性。当然，具有超导电性的材料也就称之为超导体。超导体开始失去电阻时的温度称为超导转变温度
(Tc)。
(kammerlingh_Onnes)
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温度在 Tc以上时，超导体与正常导体一样，都有一定的电阻值，此时超体处于正常态，而在 Tc以下，超导体处于零电阻状态，即超导态。但实际上，超导体从正常态向超导态的过渡是在一个温度间隔内完成的，这个温度间隔称为转变温度，与超导体的性质有关。因此，
我们通常将超导体电阻下降到正常态电阻值一半时所处温度定为 Tc.
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零电阻现象大家都知道，若将金属环放在磁场中，则环内将产生感应电流，对于正常金属来说，当磁场去掉后，环内电流很快衰减为 0，而对于超导环，情况却完全不同，下图为著名的持续电流实验。
（ 1） T>Tc在超导环上加磁场
（ 2） T<Tc圆环在磁场中变为超导态
（ 3）突然撤去外磁场，超导的圆环产生持续电流
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磁场变化时产生的感生电动势为 -∮dB/dt,所以感生电流 I为 SdB/dt=RI+LdI/dt (1.1)
当外磁场停止变化时有
RI+LdI/dt=0 (1.2)
所以有
I(t)=I(0)exp(-Rt/L)
其中 I(0)是初始电流,I(t)是在 t(>0)时刻的电流。显然，
如果 R≠ 0,则电流 I(t)是随时间指数衰减的。
如果 R=0，则 (1.1)式变为
SdB/dt=LdI/dt （ 1.3）
所以有
LI+ SB=const (1.4)
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而 LI+SB是穿过回路的总磁通量，于是我们证明了穿过一无阻回路的总磁通量不变。当外磁场改变时就产生一个感生电流，这个电流 I产生的磁通正好补偿外磁通的变化，因为 R=0，所以感生电流将持续流动下去。即使外磁通变为零，
环内磁通仍由感生的环形电流维持。
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将一超导圆环放在磁场中并冷却到临界温度以下，
突然撤去磁场，则在超导坏中产生感生电流。实验发现，
此电流可以持续存在，观查几年也未发现电流有明显变化。应该指出的是，超导体只有在直流情况下才有零电阻现象，若电流随时间变化，将会有功率耗散。
完全抗磁性（迈斯纳效应 ）
直到 1933年，人们从零电阻现象出发，一直把超导和完全导体 (或称无阻导体 )完全等同起来，而 1933年德国物理学家迈纳斯和奥克森菲尔德的磁测量表明，超导体的磁性质与完全导体不同。下图所示体现了理想导体与实际超导体中磁场的区别。
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由此可见，对于理想导体，在处于正常状态时加了外磁场，
磁力线穿过其内部，降温使其转变为完全导体，由于完全导体的磁性质，内部磁通分布将不变，去掉外磁场后，完全导体仍还将保持其内部的磁通线。而对于超导体，当从正常态变到超导态后，原来穿过超导体的磁通被完全排出到超导体外，同时超导体外的磁通密度增加。由此可见，只要 T<Tc，在超导体内部总有磁感应强度 B=0，这种现象就叫做迈斯纳效应。
(a)理想导体 T>Tc T<Tc T<Tc (b)超导体 T>T
c T<Tc T<Tc
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超导体的优缺点如果超导体能应用于实际会降低输电损耗,提高效率及在其他方面给人类带来许多好处,
目前超导体还只应用在科学实验和高新技术中,这是因为一般的金属或合金的超导临界温度都较低,
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我们用超导体干什么?
超导磁悬浮列车利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。
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上海磁悬浮快速列车就是一条连接浦东国际机场与上海市区的高速交通线
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超群的超导磁体超导材料最诱人的应用是发电
、输电和储能。
由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性
，因此只需消耗极少的电能，
就可以获得 10万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体，要产生这么大的磁场，需要消耗 3.5兆瓦的电能及大量的冷却水，投资巨大。
超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。
12
超导计算机高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工作时会发生大量的热，而散热是超大规模集成电路面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速度大大提高。此外，科学家正研究用半导体和超导体来制造晶体管
，甚至完全用超导体来制作晶体管 。
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明天的超导应用超导高速公路超导芯片超导飞船超导“金霸王”
Future
超导电磁炮
