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超低温的奇迹

原来,铅碗在变成超导体以后,磁场在铅碗表面感应于一股电流,这股电流在铅碗中流动,永不衰减和消失。电流的流动也会产生磁场,它刚好抵消了磁铁的磁场,结果好像是排斥,拒绝外来的磁力线,磁镜效应就是这样产生的。

虽然超导体可以完全排斥外部磁场磁力线的穿透,但是,这也不是绝对的。当外部磁场强度不断增大,到达某一定数值时,超导体便再也抗不住磁力线的穿透了,超导体的超导电性能,这时也会被强磁场彻底破坏。这个破坏超导电性能的最小磁场强度,叫做临界磁场。

超导体通上电流,在它的周围也会产生磁场。通过的电流密度愈大,周围产生的磁场强度也愈大。当通过超导体的电流密度,即通过超导体单位截面积的电流,达到一定数值后,由于它所产生的磁场太大,也会破坏超导体的超导电状态。这个能够使超导电状态遭到破坏的电流密度值,叫做超导体的临界电流密度,一种超导体的临界电流密度愈大,它的超导电状态就越不容易受到破坏。

由此可见,超导体要具有实用价值,必须具备三个基本条件:第一,使用温度要低于临界温度;第二,外加磁场比较大时,超导体仍具有完全抗磁性,使用时外加磁场应小于临界磁场;第三,超导体通过的电流密度越大越好,但又不能超过临界电流密度。

完全导电性和完全抗磁性是超导体的两个基本特性。这两个基本特性使超导体成为既是一个理想的电导体,又是一个理想的抗磁体。

超导体的完全抗磁性,在科学技术的许多领域里有着广阔的应用前景。例如,利用超导体的完全抗磁性,实现物体的悬浮,人们就设计了许多悬浮装置。有一种超导无摩擦轴承,就是由于轴上的超导结构的完全抗磁性,使它悬浮在超导线圈之间,这样,就可以避免一般轴承的轴与轴承之间的摩擦,从而大大提高轴的转动速度。目前,已经制成的超导轴承,就已经达到每平方厘米三百克的浮力。再如,陀螺仪是高速飞行器和舰船上的重要导航装置。现在使用的陀螺仪,由于存在着接触摩擦,不可能达到更高的精度。如果用几个超导线圈把超导球悬浮起来,做成没有摩擦的超导陀螺仪,那就可以达到非常高的精度。

(选自《温度世界漫游》,1983年)