超导电机(超导材料的用途)

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2024-03-10 11:33:19

各位老铁们好，相信很多人对超导电机都不是特别的了解，因此呢，今天就来为大家分享下关于超导电机以及超导材料的用途的问题知识，还望可以帮助大家，解决大家的一些困惑，下面一起来看看吧！

超导材料适合做什么不适合做什么

超导材料的应用主要包括:利用材料的超导性制作磁体,应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等。目前超导材料还在医疗器械、国防军事、电子通信、电力能源、交通运输等众多领域取得了应用。

不适合在高温环境应用。

超导体与温度的关系

超导是某些金属或合金在低温条件下出现的一种奇妙的现象。最先发现这种现象的是荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯。

1911年，荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯首次意外地发现了超导现象：将水银冷却到接近绝对零度时，其电阻突然消失。后来他又发现许多金属（例如铝、锡）和合金都具有与水银相类似的特性：在低温下电阻为零（这一温度叫超导材料的临界温度），由于它的特殊导电性能，昂尼斯称之为超导态。

昂尼斯的这一发现轰动了全世界，大家纷纷想要揭开超导的奥秘，因为只有了解了超导现象的微观机理，才能使它为人类作出更大的贡献。

在高温超导体出现以前，使用在液氦温度下的低温超导材料经过二十余年研究与发展获得了成功。以NbTi、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用。但是，由于常规低温超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氦系统中使用，因而严重限制了低温超导应用的发展。

1986年高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用的温度从液氦提高到了液氮温区。同液氦相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。另外，高温超导体都具有相当高的上临界场，能够用来产生20特以上的强磁场，这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。正因为这些优点，吸引了大量的科学工作者采用最先进的技术装备，对高临界温度超导机制、材料的物理特性、化学性质、合成工艺及显微组织进行了广泛和深入的研究。

自从高温超导体发现以来，人们对高温超导薄膜的制备与研究都给予了极大的重视，特别是液氮温度以上的高温超导体的发现，使人们看到了广泛利用超导电子器件优良性能的可能性。想得到性能优良的高温超导器件就必须有质量很好的薄膜，但由于种种因素使制备高质量高Tc超导薄膜具有相当大的困难。尽管如此，通过各国科学家十几年来坚持不懈的努力，已取得了很大的进展，高质量的外延YBCO薄膜的Tc在90K以上，零磁场下77K时，临界电流密度已超过1×106安/厘米2，工艺已基本成熟，并有了一批高温超导薄膜电子器件问世。

超导电性的实际应用从根本上取决于超导材料的性能。与实用低温超导材料相比，高温超导材料的最大优势在于它应用于液氮温区。20世纪90年代，随着第一代Bi系高温超导材料的商业化，美国、日本、欧洲和中国等和相关大公司都投入大量的人力和资金，开展高温超导电力应用研究，相继开展了超导电机、超导变压器、超导输电电缆和超导储能装置等的研究，并取得了许多实质性的进展。

高温氧化物超导体的出现，无疑给超导电子学带来了更为广阔的应用前景。常规超导电子器件早已显示出巨大的优越性，超导量子干涉器件用于测量微弱磁场，灵敏度可比常规仪器高1～2个数量级，这使得它在生物磁场测量、寻找矿藏等领域发挥了巨大的作用，超导隧道效应使微波接收机的灵敏度大大提高，超导薄膜数字电路可用来制造高速、超小体积的大型计算机，但由于常规超导器件工作在液氦温区或制冷机所能达到的温度（10～20K）下，这个温区的获得和维持成本相当高，技术也复杂，因而使用常规超导器件的应用范围受到了很大的限制。

高温超导体的临界温度已突破液氮温区，由它所制成的器件可在这个温区下正常地工作，这就打破了常规超导器件的局限性，使超导器件可在更大的范围内发挥作用，而且高温超导体的工作温度和一些半导体器件重合，二者结合起来，就可发展出更多的有用器件。

生物磁场

科学家研究发现，生物体内也具有一定的磁场和极性，人们称之为“生物磁场”。生物磁场对生物体具有一定的影响，其中有利也有弊。生物磁场有三类：（1）由天然生物电流产生的磁场。凡是有生物电活动的地方，就必定会同时产生生物磁场，如心磁场、脑磁场、肌磁场等均属于这一类。（2）由生物材料产生的感应场。组成生物体组织的材料具有一定磁性，它们在地磁场及其他外磁场的作用下便产生了感应场。（3）由侵入人体的强磁性物质产生的剩余磁场。在含有铁磁性物质粉尘下作业的工人，呼吸道和肺部、食道和肠胃系统往往被污染。这些侵入体内的粉尘在外界磁场作用下被磁化，从而产生剩余磁场。

关于超导材料的应用及前景有哪些

利用超导电性可制作磁体，应用于电机、逻辑元件等、高能粒子加速器、磁悬浮运输等；

②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。

③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器

低温超导体磁悬浮原理

超导磁悬浮是利用磁铁的同极相斥原理制造的，同时必须达到速度才可以建立起稳定的波浪电场。超导磁系列主要为日本制造的。现目前还没有正式投入使用的铁路

但要记住，上海龙阳路到浦东机场的磁悬浮列车，是德国，也就是德意志的技术，是常导磁系列，他没有利用磁铁的是否同极还是异极的问题

他是利用，磁铁对钢铁材料的吸引作用实现悬浮的，而电磁铁只能让他保持悬浮而不可以前进，从而车上还有一个直线电机（相当于把电动机的绕组铺平）产生直线涡流，这个涡流由线圈作用于轨道上的感应钢板而前进。

所以，轨道不需要通电，轨道上只有感应钢板，感应钢板不仅作为车中电磁铁吸引感应钢板使其悬浮的作用，还具有使直线电机与感应钢板之间建立涡流而前进和制动的作用。（制动也是利用直线电机，利用电涡流效应）

超导磁悬浮车身必须是超导磁体，超导磁悬浮列车具有比常导型更高的速度，但同时相对的说，他看起来也更加的不太安全。

因为列车并不和常导型的那种那样扣在轨道上，而是悬浮于轨道上空，和轨道没有任何接触（这里指扣件），所以如果高速时候，假设轨道（超导型的轨道必须通电，就是说轨道有电磁铁）或车上任何一方电力中断，就会导致车辆脱离轨道，虽然日本人说这些事不会发生，但假设发生了怎么办？

但他可以轻松超过500公里的速度，而常导的一般就在400多公里速度几乎是极限了。但他由于是扣在轨道上，即使再严重事故，最多是车体和轨道摩擦，而不会脱落，除非扣件被彻底损坏，但那是车梁，也不容易损坏

鉴于这些那些的优点，超导磁悬浮列车就是利用目前书本常说的，利用磁铁的同性相斥原理制造的，但必须达到80公里左右，磁场才可以达到足够的波浪状滚转，使其稳定悬浮并且前进，他不需要使用直线电机，而且相比于常导的，拥有更加节能的特性（仅看车的一方，由于轨道通电，所以事实上也不节能）

但缺点比起常导的要多得多，最重要的就是安全了。还有就是轨道需要通电，消耗大量电能。

超导材料的用途

超导材料的应用主要有:

1、利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。

2、利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。

3、利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高性能集成电路的快10到20倍，功耗只有四分之一。