既然超导时电阻为0,为什么通电后电流还有示数而不是无限大?

张家小智儿


既然超导时电阻为零,为什么通电后电流还有示数而不是无限大?

电阻的起源是源自于载流子在材料运动过程中受到的各种各样的阻尼。载流子可以是电子也可以是空穴。

我们生活中看到的有绝缘体材料、半导体材料、导体材料,它们的划分是按照常温电阻率从大到小来划分的。常见的绝大部分金属只能说是良导体,它们在室温下电阻率很小但不是零,一般都是在10-12mΩ.cm量级附近。

在自然界是否有电阻为零的材料?

这个确实有电阻为零的材料,也就是超导体。前提是要把超导材料降到某个特定温度以下,使材料进入超导态,此时材料的电阻才会突降至零。超导材料进入超导态,会出现零电阻态、完全抗磁性特征,这两个特征是一种材料是否为超导体必须同时具备的两个独立特征。实验上已经验证了超导体材料电阻率小于10^-23mΩ.cm就认为其电阻为零了。
从上图可看出,水银4.2k(-268.95℃)以下为零电阻态,因此也是第一个被发现的超导体。由此可知,超导体的发展和发展,与低温有着密切的关系。

欧姆定律是不适用超导体材料电流计算的,只适用于纯电阻电路中。由导体材料公式可知,当导体材料电阻率越小,在长度和横截面积不变时,其电阻越小。当超导体材料电阻率小于10^-23mΩ.cm时视为电阻为零,无论超导体材料长度和横截面积如何变化,电阻都视为零。

超导在强电中的应用,如超导输电线进行远距离输电,那么线路就没有焦耳热产生,从而大大的降低传输过程中的损耗。同时还可以简化变压器、发电机等热绝缘,并且保证输电稳定性和提高输电的安全性。

为什么超导体中的电流不是无限大?

这个不要用欧姆定律看待问题,欧姆定律只是计算纯电阻电路中的一个基本公式。要想我们用的电来自哪里,是来自发电机,它的发电量是有限的,在超导体传输过程中的电流变的无限大,完全不符合能量守恒定律嘛。所以说发电机功率一定时,只要看升压变压器的电压升高是多少,就知道超导体线路中的电流大小。做个假设,升压变压器将电压升到无限大(知道是不可能的),就算用了超导体材料的输电线,其流过的电流也是无限小的。所以把超导体材料做成的电线,想成无限光滑的管道就是了,水在无限光滑的管道内流动就不会有损失。电在超导体材料中也是如此,电流在超导体材料流动,就由于没有电阻就不会有焦耳热产生,因此就没有损耗。


Talk工控小白


I=U/R

(公式1.欧姆定律)

所以R无线接近于0的时候,I应该是无限接近于无穷的啊。

您,想当然了。

欧姆定律是欧姆根据实验得出的规律,是经验结论,不是物理定论。

很多朋友会问,结论和定论有什么区别?这不是文字游戏吗?

还真不是,定论、定理、公理都是可以作为推导公式、发现新理论的基石,从它们推导出的公式是正确的。但实验总结出的经验结论,往往是有条件的,是在很多情况下未必成立的。

回到问题本身,当电环流中,导体都是无限接近超导体的情况下的时候,这个公式就不适用了。

电流的定义是:单位时间内通过导体横截面的电荷量,也就是——

I=Q/t

(公式2.电流物理学定义)

那么超导体两头接的电压和电量是有限的,Q就是有限的,所以I不可能无限大。

题设里还有一些BUG:

1.电源

虽然电源接了超导体之后,电流会变的很大。

但其实电源里往往是有电阻的,那么电流的计算可能还是很大程度上符合I=U/R,只不过这里的电阻是电源中的。电流很大,就很可能让电源过热烧掉。

2.电流表

(图2.电流表示意)

朋友啊,就算退一万步讲,真的是电源强大、电阻忽略不计、还能持续供电,真实电流也是无穷大,可是:

目前的仪器,也会有测量范围的,是无法测量到“无穷”的结果的啊好吗?在仪表上还是会显示出来的。就好像——

(图3.《切尔诺贝利》剧组在拍摄期间仍然可以测得3.74伦琴的辐射强度)

《切尔诺贝利》里测辐射一样,多少伦琴都是能测出来的,并不会给你一个无穷的结果。


不入流的大刘


一看在做各位不自己思考问题,是问题的搬运工而已,其实你们根本不懂什么叫电流,什么是超导,为啥低温容易形成超导,而内部没有磁场?我给你普及下,如果是理想气体pv/T是个常量,温度低等效pv内能低,而做超导实验是常压下做的,温度低意味体积变小。那么电流是单位时间电量穿过介质截面,它告诉你们,电荷有大小,穿过截面必然花时间,请注意是穿过是整个电荷穿过,而不是电荷部分穿过。因此电荷大小也是影响电流大小的原因。实际是固态和气态有差异,但原理不会变,那么对于体积小的电荷穿过截面时间是否变小呢,这小学生都知道,因此电流增大,而对于自由电子它是个等势面,它不能传递能量,传递能量只能是电磁场,自由电子只是被迫做运动。因此电磁场的传播必须依靠介质的绝缘程度,绝缘越高,越容易建立电场,传递电场,但是任何介质的绝缘程度是有些的,因此电流就不能无限大。


1235cab



咱们分三个层次来回答,在回答这个问题之前,咱们先来说明一下欧姆定律的适用范围。欧姆定律适用于纯电阻电路,包括闭合电路的全欧姆定律和部分电阻电路的欧姆定律。对于电感、电容等电路并不完全适用。

1,整个电路并不全是超导体,超导体只是整个电路的一部分,其电阻为0,电路中还有其它电阻R和电源内阻r,即电动势ε=(Ir+IR)>0,其中电流为I。那么I=ε/(r+R)>0,但小于+∞。

2,在某一温度下电阻为0的导体叫超导体。但超导体的电阻实际上不是绝对为0,在实验中,若导体的电阻测量值低于10的负25次方Ω可以认为电阻为0。超导体具有三个基本特性:完全导电性、完全抗磁性和通用量子化。



完全抗磁性

其中完全导电性适用于直流电,在交流电中产生交流损耗。所以尽管超导体的电阻R0很小,但毕竟不是0,因此I=U/R0>0,小于+∞,其中U为电压。

3,即使超导体电阻真为0,全电路没有任何电阻,是个纯超导体电路(尽管不可能),那么电路的电压也变为0,电路的电流I=U/R0就变成了0/0型,这是有极限值的,电流I不会无穷大,即I

超导体应用分三类:强电应用(发电、输电和储能)、弱电应用(计算机和微波器件)和抗磁性应用(磁悬浮和热核聚变反应)。



物原爱牛毛1


因为单位时间内通过超导体的电荷是有限的,即电流。


导体就像水管,电子就像水,电子的定向移动形成电流。水管堵塞越严重水流就越小,导体也一样。超导体就好像一根新水管,虽然没有一点堵塞。但它的截面也是有限的,单位时间内能通过的电荷当然也是有限的了。



而且超导体也只是整个电路的一部分,并不是全电路都是超导体组成。这就好像蓄水池要排水,而排水管道时粗时细。决定排水快慢的是最细的那一截管道的排水能力。

综上所述,所以电流不会是无限大。


ooO孙悟空Ooo


超导大概相当于内壁绝对光滑的水管,水流大小取决于源头的水流有多大呀。电线也是一样的,同样的220伏电压,电线的电流取决于功率的大小。4平方能容纳的电流功率当然小于6平方。但是你用6平方的线材去代替4平方,相当于用粗水管代替细水管,不可能增加电源的功率,也不会使电器本身电流增加功率增大呀,欧姆定律计算出来的那个值其实是一个限定范围,电压一定,导线能容纳的电流在这个值的范围之内的。只要在这个值的范围之内都是可以的。如果解释到这个程度还不理解那就没办法了。


提香子


答:欧姆定律只适用于纯电阻电路,或者等效为纯电阻的电路中;并不适用于超导体内,超导体的电流描述,需要用更基本的物理定律。


欧姆定律

欧姆定律是德国科学家乔治·西蒙·欧姆,在1826年提出来的物理定律,表述为:同一电路中,通过某段导体的电流,与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比,既I=U/R。

如果只看公式本身,当电阻为零时,似乎电路中的电流会变得无穷大,这显然是有问题的;原因在于,欧姆定律是根据实验总结出来的定律,本质上是经验公式,不是严格的物理定律。

严格的物理定律,就比如牛顿第二定律F=ma;经验公式,就比如海拔每提升100米,气温就下降大约0.6℃;前者是严格遵循的物理规律,后者只在一定范围和精度内近似成立。

欧姆定律属于经验公式,科学实验表明,对于电流承受能力足够的某段导体,在1000安培内,欧姆定律的误差小于1%,在10000安培时,欧姆定律的误差小于2%,但是并不适用于超导体、半导体和气体导电中。


超导体

对于超导体,我们需要使用更基本的物理定律,来描述通过超导体的电流,在物理学中电流定义为:单位时间内通过导体横截面的电荷量,既I=Q/t。

这是电流的定义式,适用于任何情况,当然也适用于超导体内;超导体还可以看成,电流在通过超导体时,不会产生压降。

在1954年3月16日~1956年9月5日,科学家做了著名的昂尼斯持久电流实验,利用电磁感应激发环形超导体的电流,然后在接下来的两年多时间里,超导体内的电流没有衰减,说明超导体的电阻绝对为零。


如果我们把电源电压直接加在超导体两端,由于超导体没有电阻,所以相当于电源正负极短路,电流由电源的内电阻决定;如果我们把超导体加在电路当中,那么可以通过串联电路性质,来得到通过超导体的电流。

我们研究的电路图中,其实所有导线都被近似看成超导体,因为我们默认导线是没有电阻的,通过导线的电流也不产生压降。

在实际当中,超导体还存在临界电流密度Jc,当超过临界电流后,超导体的超导特性将会消失,所以对于某段确定的超导体,电流并不会出现无限大。


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艾伯史密斯


电子运动速度有上线,发电设备产生的电能有上线,用电器消耗的电能也有上线

电子虽然速度不固定但也有上线的,最起码不可能超过光速。

另外发电器每秒产生的电能也是有上线的,不可能是无限大的。

再有就是用电器,用电器消耗的电能也是有限的。

所以无论如何也不会产生电流无限大的情况


奇迹的缔造者64047313


磁场:你当哥不存在啊?


用户72565784349


电表有电阻啊


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