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超导体电阻率
摘要：
1.超导体的定义与特性
2.超导体的电阻率
3.超导体的应用领域
4.我国在超导领域的发展
正文：
一、超导体的定义与特性
超导体，是指在低温下电阻为零的金属或合金材料。
当超导体的温度降至临界温度以下时，其电阻会突然变为零，表现出超导现象。
超导体具有零电阻和完全磁通排斥的特性，因此在许多领域具有广泛的应用前景。
二、超导体的电阻率
超导体的电阻率是衡量其导电性能的重要指标。
在超导状态下，超导体的电阻率小于10^-25Ω·m，远低于传统导体的电阻率。
这一特性使得超导体能够在电流通过时不产生热量，从而实现高效、低能耗的输电。
三、超导体的应用领域
超导体在许多领域具有广泛的应用前景，包括但不限于以下几个领域：
1.超导输电：利用超导体进行远距离、高功率的输电，可实现高效、低能耗的电力传输。
2.超导磁体：超导体在磁体领域具有重要应用，如制造粒子加速器、核磁共振成像仪等高精度科学仪器。
3.超导传感器：超导体的高灵敏度和低噪声特性使其在传感器领域具有广泛应用，如制作量子计算设备等。
4.超导能量存储系统：利用超导体制作超级电容器和超导电池等能量存储设备，可实现高效、紧凑的能源存储。
四、我国在超导领域的发展
我国在超导领域取得了举世瞩目的成果。
从20 世纪50 年代开始，我国便启动了超导研究的国家计划。
近年来，我国在高温超导材料、超导磁体、超导输电等方面取得了一系列重大突破，成为全球超导研究的重要力量。
综上所述，超导体具有独特的零电阻特性，使其在多个领域具有广泛的应用前景。
超导现象的巨观和微观理论解释超导是物理学中一种引人注目的现象，指的是一些物质在低温下表现出完全无电阻的特性。
超导现象的原理一直是科学家们研究的焦点之一，对于揭示其微观机制和应用于实际中具有重要意义。
本文将从巨观和微观两个层面探讨超导现象的理论解释。
首先，我们从巨观层面入手，观察超导现象的整体特性和性质。
当某些物质被冷却到一个临界温度以下时，就会出现超导现象。
在超导状态下，电流可以无损耗地在材料内部流动，这意味着电流可以在超导体内无限延续下去而不会受到阻力。
这种特性使得超导材料在电力输送、电子器件制造等领域具有广泛的应用潜力。
对于超导现象的巨观解释，目前最被广泛接受的理论是BCS理论，即“巴丁-库珀-斯坦因理论”。
BCS理论认为，超导是由于电子与晶格振动之间的相互作用导致的。
在低温下，晶格振动会形成一种被称为“库珀对”的特殊态，电子通过与这些库珀对的相互作用而形成一个整体，从而形成了超导现象。
BCS理论的核心是超导能隙的形成。
超导能隙是指在超导体中，电子必须具有一定的能量以克服超导材料产生的能隙才能从一个能级跃迁到另一个能级。
这就是为何只有在低温下才能观察到超导现象。
超导能隙的形成和库珀对的形成密切相关，库珀对提供了足够的能量使电子跃迁，进而产生超导现象。
接下来，我们来探讨超导现象的微观解释。
超导的微观机制可以从电子的运动和相互作用的角度进行解释。
在超导材料中，电子之间存在相互排斥的库伦力，这会导致电子在晶格中受到散射，并且能量会损失到晶格中去。
然而，在低温下，电子与晶格振动的相互作用会导致电子和晶格之间的相互作用具有吸引力，形成库珀对。
库珀对的形成是超导现象的关键步骤。
正常情况下，库伦排斥力会使得电子间的相互作用能增加，从而阻碍超导的发生。
但在超导材料中，晶体格子振动引起的吸引力抵消了库伦排斥力，形成了库珀对。
这种库珀对是由电子和晶格共同参与的量子态，具有特殊的运动和相互作用方式。
库珀对的产生降低了电子之间的相互作用能，使得电子可以在超导材料中自由地流动而不受到散射的干扰。
高三物理 欧姆定律、电阻定律、半导体、超导体及应用 知识精讲 通用版【本讲主要内容】欧姆定律、电阻定律、半导体、超导体及应用1. 知道形成电流的条件，理解电流的概念。
2. 理解欧姆定律的内容和适用条件。
3. 理解电阻定律的内容、公式，电阻率的意义、线性元件及非线性元件。
4. 知道半导体、超导体及其应用。
【知识掌握】【知识点精析】1. 电流（1）定义：电荷的定向移动形成电流。
电荷指自由电荷，金属导体中指自由电子的定向移动，电解质溶液中指正负离子同时向相反方向的运动。
（2）形成电流的条件：导体两端存在电压。
其一要有自由电荷；其二要有电场。
电源的作用就是保持导体两端的持续的电压，形成持续的电流。
（3）电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。
如果电流是靠自由电子的定向移动形成的，则电流的方向和自由电子的定向移动方向相反。
（4）电流强度：通过导体某横截面的电荷量Q 跟通过这些电荷量所用时间t 的比值叫电流强度，简称电流。
定义式tQ I =，其中Q 是通过导体横截面的电量 。
（5）单位：安培（A ）是国际单位制的基本单位之一 A 10mA 10A 163μ==。
（6）方向不随时间改变的电流叫直流；方向和强弱都不随时间改变的电流叫恒定电流。
（7）电流的微观本质：如图是粗细均匀的一段长为L 的导体，两端加上一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为V ，设导体的横截面积为S ，导体每单位体积内的电荷数为N ，每个自由电荷的电荷量为q 。
导体中的自由电荷总数为N ＝nSL总电荷量为Q=Nq=nLSq所有这些电荷通过横截面D 所需的时间为v L t =所以导体中的电流nqSv vL nLSq t Q I === 由此可见，从微观上讲，电流决定于导体中单位体积中的自由电荷数目，电荷量，定向移动速度，还与导体的横截面积有关。
2. 欧姆定律（1）内容：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，即RU I =。
电阻（或电阻率）的微观理论理论一：设有一段金属导体，横截面积为S ，长为L ，在导体的两端加上电压U ，则导体中的场强LUE =.这时，一自由电子在电场力eEF =的作用下做定向移动。
设电子的质量为m,则定向移动的加速度为mLUe m eE m F a ===。
运动的自由电子要频繁地与金属正离子碰撞，使其定向移动受到破坏，限制了移动速率的增加。
自由电子在碰撞后向各个方向弹射的机会相等，失去了之前定向移动的特性，又要从新开始做初速为0的定向加速运动。
自由电子相继两次碰撞的间隔有长有短，设平均时间为t ，则自由电子在下次碰撞前的定向移动速率at v t =，那么在时间t 内的平均速率2atv =。
结合之前推出的mLUe a =，得自由电子的平均移动速率为mLUet v 2=。
代入电流的微观表达式neSv I =，得mL StUne I 22=对于一定的金属材料，在一定的温度下，t 是个确定的数值（10-14~10-12s)，也就是说，对于一段金属导体，mLStne 22是个常量。
因此，导体中的电流强度I 与两端的电压U 成正比。
导体两端的电压与导体中的电流强度的比值(Stne mL22)就是这段导体的电阻，即Stne mLR 22=。
由此看出，导体的电阻与长度成正比，与横截面积成反比，与tne m22成正比（实际上对于金属导体而言，均为自由电子来导电，所以只有nt1由导体的自身特性决定）。
因此，在一定温度时，导体的电阻是SLR ρ=。
ρ是导体的电阻率。
对于一定温度与相同的导体，电阻率一定。
请根据以上叙述完成电阻率ρ的推导过程。
理论二：自由电子的定向移动可视为匀速运动，则电场力F 与金属正离子对自由电子的平均阻力f 相等，即L eU eE F f ===，电场力功率mL te U Lm Uet L Ue Fv P F 22222===，则电场力对L 长导线中所有电子的功率Lm nSt e U nLS P P F 222==，而电热功率mL nSt U e Stne mL v S e n R I P Q 2222222222===（电热功率的微观表达式），由此可知，电场力功率等于电热功率，即Q P P =，又因为金属正离子对自由电子的平均阻力LeU eE F f ===，所以阻力功率等于电场力功率，等于电热功率，即mL nStU e fvnLs P f 222==。
电阻（或电阻率）的微观理论理论一：设有一段金属导体，横截面积为S ，长为L ，在导体的两端加上电压U ，则导体中的场强LUE =.这时，一自由电子在电场力eEF =的作用下做定向移动。
设电子的质量为m,则定向移动的加速度为mLUe m eE m F a ===。
运动的自由电子要频繁地与金属正离子碰撞，使其定向移动受到破坏，限制了移动速率的增加。
自由电子在碰撞后向各个方向弹射的机会相等，失去了之前定向移动的特性，又要从新开始做初速为0的定向加速运动。
自由电子相继两次碰撞的间隔有长有短，设平均时间为t ，则自由电子在下次碰撞前的定向移动速率at v t =，那么在时间t 内的平均速率2atv =。
结合之前推出的mLUe a =，得自由电子的平均移动速率为mLUet v 2=。
代入电流的微观表达式neSv I =，得mL StUne I 22=对于一定的金属材料，在一定的温度下，t是个确定的数值（10-14~10-12s)，也就是说，对于一段金属导体，mLStne 22是个常量。
因此，导体中的电流强度I 与两端的电压U 成正比。
导体两端的电压与导体中的电流强度的比值(Stne mL22)就是这段导体的电阻，即Stne mLR 22=。
由此看出，导体的电阻与长度成正比，与横截面积成反比，与tne m22成正比（实际上对于金属导体而言，均为自由电子来导电，所以只有nt1由导体的自身特性决定）。
因此，在一定温度时，导体的电阻是SLR ρ=。
ρ是导体的电阻率。
对于一定温度与相同的导体，电阻率一定。
请根据以上叙述完成电阻率ρ的推导过程。
理论二：自由电子的定向移动可视为匀速运动，则电场力F 与金属正离子对自由电子的平均阻力f 相等，即L eU eE F f ===，电场力功率mL te U Lm Uet L Ue Fv P F 22222===，则电场力对L 长导线中所有电子的功率Lm nSt e U nLS P P F 222==，而电热功率mL nSt U e Stne mL v S e n R I P Q 2222222222===（电热功率的微观表达式），由此可知，电场力功率等于电热功率，即Q P P =，又因为金属正离子对自由电子的平均阻力LeU eE F f ===，所以阻力功率等于电场力功率，等于电热功率，即mL nStU e fvnLs P f 222==。
