低温流体及材料课件.ppt

1、低温工质低温工质低温工质低温工质在低温技术中用于进行制冷循环或液化循环的工质在低温技术中用于进行制冷循环或液化循环的工质标准沸点低于标准沸点低于120K120K的元素、化合物及其混合物的元素、化合物及其混合物 常用的低温工质常用的低温工质 空气、氧、氮、氩、氖、氦、氢、甲烷等空气、氧、氮、氩、氖、氦、氢、甲烷等 低温工质的特性低温工质的特性 常温、常压下均为气态，具有低的临界温度，较难液化常温、常压下均为气态，具有低的临界温度，较难液化 常温、一般低温且压力不很高时可近似为理想气体常温、一般低温且压力不很高时可近似为理想气体项项 目目符号符号单位单位甲烷甲烷 CHCH4 4 氧氧 O O2 2

2、 氩氩 Ar Ar 空气空气氮氮 N N2 2 分子量分子量M M16.04 16.04 32.00 32.00 39.944 39.944 28.966 28.966 28.018 28.018 沸点沸点T Tb b K K111.7111.790.18890.18887.2987.2978.9/81.778.9/81.777.3677.36熔点熔点(近似近似)T Tm mK K90.790.754.454.483.8583.8563.263.2临界温度临界温度T Tcrcr K K191.06191.06154.78154.78150.72150.72132.55132.55126.261

3、26.26临界压力临界压力P Pcrcr MPa MPa 4.644.645.1075.1074.8644.8643.7693.7693.3983.398三相点温度三相点温度T Ttrtr K K90.6690.6654.36154.36183.8183.8163.1563.15三相点压力三相点压力P Ptrtr kPakPa11.66811.6680.1520.15268.9268.9212.53612.536饱和液体密度饱和液体密度L L kg/mkg/m3 3 424.5424.51142114214001400873 873 808808饱和蒸气密度饱和蒸气密度V V kg/mkg/m

4、3 31.81.84.84.85.75.74.484.484.614.61密度密度(标准状态标准状态)0 0 kg/mkg/m3 30.71670.71671.42891.42891.7851.7851.29281.29281.25061.2506气化热气化热(1atm)(1atm)r rV VkJ/kg kJ/kg 509.54509.54212.76212.76163.02163.02205.5205.5199199熔化热熔化热(近似近似)r rm m kJ/kgkJ/kg58.658.613.9513.9529.5529.5525.825.8常用低温工质的基本性质常用低温工质的基本性质项

5、项 目目符号符号单位单位氖氖 Ne Ne(n)(n)正常氢正常氢(e)(e)平衡氢平衡氢氦氦 4 4He He 氦氦 3 3He He 氪氪 Kr Kr 氙氙 Xe Xe 分子量分子量M M20.18320.1832.0162.0164.0034.0033.0163.01683.8083.80131.3131.3沸点沸点T Tb b K K27.10827.10820.39(n)20.39(n)20.28(e)20.28(e)4.2244.2243.1913.191119.8119.8165.05165.05熔点熔点(近似近似)T Tm mK K24.624.613.9613.96115.95

6、115.95161.35161.35临界温度临界温度T Tcrcr K K44.4544.4533.24(n)33.24(n)32.90(e)32.90(e)5.20145.20143.3243.324209.4209.4289.75289.75临界压力临界压力P Pcrcr MPa MPa 2.7212.7211.297(n)1.297(n)1.287(e)1.287(e)0.22750.22750.1160.1165.515.515.885.88三相点温度三相点温度T Ttrtr K K24.5624.5613.95(n)13.95(n)13.81(e)13.81(e)115.76115.

7、76161.37161.37三相点压力三相点压力P Ptrtr kPakPa73.3173.317.2006(n)7.2006(n)7.0406(e)7.0406(e)73.673.681.681.6饱和液体密度饱和液体密度L L kg/mkg/m3 3 1204120470.870.812512560602413241330573057饱和蒸气密度饱和蒸气密度V V kg/mkg/m3 34.84.81.341.3415.515.522228.958.95密度密度(标状标状)0 0 kg/mkg/m3 30.90040.90040.08990.08990.17850.17850.1340.1

8、343.7453.7455.855.85气化热气化热(1atm)(1atm)r rV VkJ/kg kJ/kg 85.785.744744720.820.88.58.5107.5107.596.296.2熔化热熔化热(近似近似)r rm m kJ/kgkJ/kg16.6216.6258.758.75.75.719.5519.5517.6217.62低温流体的热物理性质低温流体的热物理性质 状态性质状态性质传输性质传输性质相图相图三相点三相点临界点临界点假临界线假临界线5l 主要组分氧、氮、氩、主要组分氧、氮、氩、COCO2 2，及微量稀有气体，及微量稀有气体(氖、氦、氖、氦、氪、氙氪、氙)、甲

9、烷及其它碳氢化合物、氢、臭氧等。此外，、甲烷及其它碳氢化合物、氢、臭氧等。此外，还含有量少而不定的水蒸汽及灰尘等还含有量少而不定的水蒸汽及灰尘等空气及其组成气体的性质空气及其组成气体的性质l 若不考虑水蒸汽、若不考虑水蒸汽、COCO2 2和各种碳氢化合物，则地面至和各种碳氢化合物，则地面至100km100km高度的平均组分保持恒定，在高度的平均组分保持恒定，在25km25km高空臭氧的含量高空臭氧的含量有所增加有所增加l 空气组成的局部分布是不一致的空气组成的局部分布是不一致的 地球表面干燥空气的组成地球表面干燥空气的组成组组 分分体体 积（）积（）质质 量（）量（）氮氮 N278.084 7

10、5.52氧氧 O220.95 23.15氩氩 ArAr0.93 1.282二氧化碳二氧化碳 CO20.03 0.046氖氖 Ne1810-4 12.510-4 氦氦 He5.2410-4 0.7210-4乙炔及其它烃类乙炔及其它烃类2.0310-41.2810-4甲烷甲烷 CH41.510-40.810-4氪氪 Kr1.1410-43.310-4氢氢 H20.510-40.03510-4一氧化氮一氧化氮N2O 0.510-40.810-4氙氙 Xe0.0810-40.3610-4臭氧臭氧O3 0.0410-40.0510-4氡氡Rn 610-18710-17总总 计计99.999999.999

11、9氮氮(Nitrogen)(Nitrogen)氮的原子序数是氮的原子序数是7 7，有两种稳定的同位素，有两种稳定的同位素,中子数中子数分别为分别为1414和和1515（相对含量（相对含量10000:3810000:38）氮气氮气(N(N2 2)是空气的主要组份（是空气的主要组份（78.08%78.08%的体积比或的体积比或75.45%75.45%的重量比），可从空气分离得到。的重量比），可从空气分离得到。液氮：纯净无色的液体。在标准大气压下液氮：纯净无色的液体。在标准大气压下,液氮在液氮在77.36K77.36K时沸腾时沸腾,在在63.2K63.2K时凝结成固体。密度比水时凝结成固体。密度比水

12、略小，汽化潜热远小于水略小，汽化潜热远小于水(2257kJ/kg)(2257kJ/kg)。用途：用途：合成氨化工、保护气、吹扫气、食品气调合成氨化工、保护气、吹扫气、食品气调与冷藏、低温生物与医疗、重要低温冷源与冷藏、低温生物与医疗、重要低温冷源 氧氧(Oxygen)(Oxygen)氧的原子序数是氧的原子序数是8 8，有三种稳定的同位素，中子数，有三种稳定的同位素，中子数1616、1717和和1818（相对含量（相对含量10000:4:2010000:4:20）。）。氧气氧气(O(O2 2)是空气中第二多的气体是空气中第二多的气体(占体积含量的占体积含量的20.95%,20.95%,重量含量的

13、重量含量的23.2%)23.2%)，从空气分离得到。，从空气分离得到。液氧呈蓝色。在标准大气压下液氧呈蓝色。在标准大气压下,液氧在液氧在90.18K90.18K时沸时沸腾腾,在在54.4K54.4K时凝固。密度比水略大，气化潜热与时凝固。密度比水略大，气化潜热与液氮相当。液氧具有轻微的磁性。液氮相当。液氧具有轻微的磁性。用途：冶金（炼钢、炼铁）、氧化剂（合成气生用途：冶金（炼钢、炼铁）、氧化剂（合成气生产等）、助燃剂（包括航天）、生命维持、焊接产等）、助燃剂（包括航天）、生命维持、焊接切割。氧的化学性质活跃，注意储运和使用切割。氧的化学性质活跃，注意储运和使用氢的三种同位素：原子量为氢的三种同

14、位素：原子量为1 1的氕（符号的氕（符号H H，通称氢）；原，通称氢）；原子量为子量为2 2的氘（的氘（D D，亦称重氢）；原子量为，亦称重氢）；原子量为3 3的氚（的氚（T T）氕和氘是稳定的同位素；氚是一种放射性同位素，半衰期氕和氘是稳定的同位素；氚是一种放射性同位素，半衰期12.2612.26年。氚放出年。氚放出射线后转变成射线后转变成3 3HeHe。氚是极稀有的。在。氚是极稀有的。在10101818个氢原子中只含有个氢原子中只含有0.40.46767个氚原子，自然氢中几乎全个氚原子，自然氢中几乎全部是氕（部是氕（H H）和氘）和氘(D)(D)。氢（氢（Hydrogen)Hydrogen

15、)不论是哪种方法获得的氢，其中氕的含量高达不论是哪种方法获得的氢，其中氕的含量高达99.98799.987，氘含量的范围在氘含量的范围在0.0130.0130.0160.016之间。因为氢是双原子气之间。因为氢是双原子气体，绝大多数的氘原子都是和氕原子结合在一起形成氘化体，绝大多数的氘原子都是和氕原子结合在一起形成氘化氢（氢（HDHD），分子状态的氘），分子状态的氘D D2 2在自然氢中几乎不存在。因此普在自然氢中几乎不存在。因此普通氢实际上是通氢实际上是H H2 2和和HDHD原子的混合物，原子的混合物，HDHD在混合物里的数量在在混合物里的数量在0.0260.0260.0320.032之间

16、。之间。氢气无色、无味无嗅，极难溶解于水，是最轻的气体，标氢气无色、无味无嗅，极难溶解于水，是最轻的气体，标准状态下密度为准状态下密度为0.0899kg/m0.0899kg/m3 3，只有空气密度的，只有空气密度的1 11414。在。在所有的气体中比热最大、导热率最高、粘度最低。氢分子所有的气体中比热最大、导热率最高、粘度最低。氢分子具有最高的扩散能力，甚至能透过一些金属。具有最高的扩散能力，甚至能透过一些金属。氢的热物理性质氢的热物理性质 氢的转化温度比室温低的多，约为氢的转化温度比室温低的多，约为204k204k。因此，必须把氢。因此，必须把氢预冷到该温度以下再节流膨胀才能产生冷效应。预冷

17、到该温度以下再节流膨胀才能产生冷效应。易燃易爆，氢气在氧或空气中燃烧时产生几乎无色的火焰易燃易爆，氢气在氧或空气中燃烧时产生几乎无色的火焰（不含杂质），着火能很低。常态下氢与空气混合物中体（不含杂质），着火能很低。常态下氢与空气混合物中体积浓度为积浓度为4 47575时燃烧时燃烧，浓度为浓度为18186565时极易引起爆炸。时极易引起爆炸。因此进行液氢操作时需对液氢纯度进行严格控制。因此进行液氢操作时需对液氢纯度进行严格控制。氢在低温技术中常用作工质，液化后可作为低温冷却剂，氢在低温技术中常用作工质，液化后可作为低温冷却剂，还是理想的清洁能源，在火箭技术中被用作为推进剂。利还是理想的清洁能源，

18、在火箭技术中被用作为推进剂。利用氢为原料还可以生产重氢，以满足核动力的需要。用氢为原料还可以生产重氢，以满足核动力的需要。11氩、氖、氪、氙等惰性气体的共性氩、氖、氪、氙等惰性气体的共性l气体无色无味，无毒气体无色无味，无毒l不燃烧、也不助燃，化学性质很稳定不燃烧、也不助燃，化学性质很稳定l液体无色透明液体无色透明l固体密度比液体大，在液体中下沉固体密度比液体大，在液体中下沉l主要从空气中分离或合成氨尾气中提取，氪、氙还主要从空气中分离或合成氨尾气中提取，氪、氙还可从原子反应堆核裂变气中回收可从原子反应堆核裂变气中回收稀有气体稀有气体氖、氦、氩、氪、氙氖、氦、氩、氪、氙l 氩（氩（ArAr）在

19、空气中的容积百分率为在空气中的容积百分率为0.930.93，是空气第三大组分。标准，是空气第三大组分。标准沸点为沸点为87.29k87.29k。氩的沸点和熔点之间的温差不大，只有。氩的沸点和熔点之间的温差不大，只有3.44K3.44K；导热率；导热率低，液态和气态的比热都比较小，而密度却比较大。此外，氩的低，液态和气态的比热都比较小，而密度却比较大。此外，氩的气化气化潜热同液体比热的比值潜热同液体比热的比值几乎是氮的几乎是氮的1.51.5倍，因此用真空泵较易对氩抽空倍，因此用真空泵较易对氩抽空。可用作保护气体或用于灯泡工业；液氩和固氩可用作冷却剂。可用作保护气体或用于灯泡工业；液氩和固氩可用作

20、冷却剂。l 氖（氖（NeNe）标准沸点标准沸点27.108k27.108k，密度高，是一种很有希望的低温工质，特，密度高，是一种很有希望的低温工质，特别适用于透平机械。三相点温度别适用于透平机械。三相点温度(24.56K)(24.56K)只比标准沸点低只比标准沸点低2.5K2.5K，在液，在液氖上部抽气时很容易变为固态。故液氖作为低温冷却剂一般用于氖上部抽气时很容易变为固态。故液氖作为低温冷却剂一般用于404025K25K温区。目前仍只能从空气分离中提取氖。温区。目前仍只能从空气分离中提取氖。l 氪（氪（KrKr）分子量大，标准状态密度下是氮的三倍；导热率很低；标准分子量大，标准状态密度下是氮

21、的三倍；导热率很低；标准沸点沸点119.8K119.8K，比氧高约，比氧高约30K30K；液氪密度；液氪密度2413kg2413kgm m3 3，115.95k115.95k变成固态变成固态l 氙（氙（XeXe）是空气中含量最少的稀有气体，容积百分数只有是空气中含量最少的稀有气体，容积百分数只有0.08ppm0.08ppm，五，五种稀有气体中，氙的分子量最大，沸点最高，密度最大，导热率最小种稀有气体中，氙的分子量最大，沸点最高，密度最大，导热率最小。标准沸点为。标准沸点为165.05K165.05K，液氙密度高达，液氙密度高达3057kg/m3057kg/m3 3,比水要大两倍。固态比水要大两

22、倍。固态氙的熔点为氙的熔点为161.35k161.35k。稀有气体稀有气体氩、氖、氪、氙氩、氖、氪、氙氦（氦（Helium)Helium)氦是由原子量为氦是由原子量为4.0034.003的的4 4HeHe和和3.0163.016的的3 3HeHe两种稳定同位素两种稳定同位素 氦在空气中的含量仅氦在空气中的含量仅5.24ppm5.24ppm，氦生产主要从天然气中提取。，氦生产主要从天然气中提取。氦中氦中3 3HeHe的含量约占的含量约占1 110107 71 110106 6。通常指的是。通常指的是4 4HeHe 氦气无色、无味，化学性质极其稳定。临界温度很低，是氦气无色、无味，化学性质极其稳定

23、。临界温度很低，是自然界中最难液化的气体；自然界中最难液化的气体；4 4HeHe的标准沸点是的标准沸点是4.224k4.224k，3 3HeHe是是3.191k3.191k。高比热、高导热率及低密度方面仅次于氢，是。高比热、高导热率及低密度方面仅次于氢，是一种极好的低温制冷剂一种极好的低温制冷剂 零点能大，在压力低于零点能大，在压力低于25atm25atm，温度接近，温度接近0K0K时仍保持液态时仍保持液态 液氦液氦4 4HeHe是一种容易流动的无色液体，表面张力极小，折射是一种容易流动的无色液体，表面张力极小，折射率率(1.02)(1.02)和气体差不多，因此氦液面不易看见和气体差不多，因此

24、氦液面不易看见 液氦的气化潜热比其它液化气体小得多，液氦的气化潜热比其它液化气体小得多，1atm1atm下下4 4HeHe为为20.8kJ20.8kJkgkg，3 3HeHe为为8.5kJ8.5kJkgkg，极易气化，需绝热良好的，极易气化，需绝热良好的容器来贮存容器来贮存4 4HeHe的性质的性质三个区：气体区、液体区、三个区：气体区、液体区、固态区；没有固、液、气固态区；没有固、液、气三相点三相点 第二类相变：液氦有两种第二类相变：液氦有两种不同的状态，不同的状态，HeHe（常流（常流体）和体）和HeHe（超流体）。（超流体）。两者之间的分界线为两者之间的分界线为线。线。HeHe和和HeH

25、e之间的转变是之间的转变是一种高阶相变，转变时没一种高阶相变，转变时没有潜热的放出或吸收，容有潜热的放出或吸收，容积和熵值也没有变化积和熵值也没有变化第第二类相变二类相变(相变相变)线与蒸汽压曲线相交的线与蒸汽压曲线相交的点称为点称为点。该点温度是点。该点温度是HeHe的最高温度，的最高温度，2.172K2.172K即要达到即要达到HeHe相，温度至相，温度至少要降到少要降到2.172K2.172K。比热容比热容比热容随温度的变化呈比热容随温度的变化呈形，在形，在点趋于无穷大，稍点趋于无穷大，稍许偏离后即迅速减小许偏离后即迅速减小,比热容随温度和密度变化比热容随温度和密度变化动力粘度动力粘度饱

26、和态饱和态He IHe I，除在，除在点附近点附近外，动力粘度基本保持外，动力粘度基本保持0.0035Pa.s0.0035Pa.s在饱和压力以上，当密度小在饱和压力以上，当密度小时，动力粘度随温度减小而时，动力粘度随温度减小而减小；当密度大时，随温度减小；当密度大时，随温度减小而增大；接近减小而增大；接近线时显线时显著减小著减小HeIIHeII粘度极小，用毛细管流粘度极小，用毛细管流法已难以测定法已难以测定在饱和压力以上，在饱和压力以上，HeIHeI导导热系数随压力变化很小，热系数随压力变化很小，随温度升高而增大随温度升高而增大在在相变温度以下，相变温度以下，HeIIHeII具有超强导热性，具

27、有超强导热性，比银的导热性还好，其比银的导热性还好，其导热规律已不能用傅立导热规律已不能用傅立叶定律说明，蒸发只在叶定律说明，蒸发只在液体表面进行液体表面进行导热系数导热系数材料的低温性能材料的低温性能 机械性能机械性能 热性能热性能 电磁性能电磁性能极限强度和屈服强度极限强度和屈服强度温度降低时，材料中原子的振动减弱。由于原子的热扰动的温度降低时，材料中原子的振动减弱。由于原子的热扰动的减弱，就需要更大的力才能将位错从合金中分开。因此，材减弱，就需要更大的力才能将位错从合金中分开。因此，材料的极限强度和屈服强度将增大。料的极限强度和屈服强度将增大。（1 1）2024T42024T4铝；（铝；

28、（2 2）铍青铜；（）铍青铜；（3 3）K K 蒙乃尔合金；（蒙乃尔合金；（4 4）钛；（）钛；（5 5）304304不锈不锈钢；（钢；（6 6）C1020C1020碳钢；（碳钢；（7 7）9 9镍钢；镍钢；(8(8）特氟隆（）特氟隆（Teflon)Teflon)；（；（9 9）Invar-36 Invar-36 合金合金疲劳强度疲劳强度疲劳现象的产生是疲劳现象的产生是由于裂纹的产生和由于裂纹的产生和扩大。扩大。温度降低时，需要温度降低时，需要更大的应力才能使更大的应力才能使裂纹扩大，因此，裂纹扩大，因此，材料的和疲劳强度材料的和疲劳强度将增大。将增大。冲击强度冲击强度 一些材料会发生塑性脆性

29、一些材料会发生塑性脆性的转变，如碳钢在液氮温的转变，如碳钢在液氮温度附近冲击强度急剧下降。度附近冲击强度急剧下降。抗冲击性的表现好坏大部抗冲击性的表现好坏大部分取决于材料的晶体结构。分取决于材料的晶体结构。面心立方晶格在低温下抗面心立方晶格在低温下抗冲击性较好，体心立方晶冲击性较好，体心立方晶格较差。格较差。少数材料，如一些玻璃钢少数材料，如一些玻璃钢材料，在低温下冲击强度材料，在低温下冲击强度会提高会提高 硬度和延展性硬度和延展性 脆性和塑性材料的分界是脆性和塑性材料的分界是5%5%的伸长率或的伸长率或0.05cm/cm0.05cm/cm的应的应变。对低温下无塑脆性转变变。对低温下无塑脆性转

30、变现象的材料，延展性随温度现象的材料，延展性随温度下降而上升。下降而上升。有低温塑脆性转变的材料，有低温塑脆性转变的材料，延展性在低温下会急剧下降，延展性在低温下会急剧下降，不应用于低温。不应用于低温。与极限强度一样，温度降低，与极限强度一样，温度降低，金属材料硬度增大。金属材料硬度增大。弹性模量弹性模量 三种弹性模量：杨氏模量三种弹性模量：杨氏模量E E，剪切模量剪切模量G G，体模量，体模量B B。三者。三者以泊松比相联系。以泊松比相联系。弹性模量是原子和分子间作弹性模量是原子和分子间作用力的体现，因此当温度下用力的体现，因此当温度下降时，弹性模量增大。各向降时，弹性模量增大。各向同性材料

31、的泊松比在低温范同性材料的泊松比在低温范围内随温度变化很小。围内随温度变化很小。213 EB12EG热性能热性能:热导率热导率材料热传导的三种机理：材料热传导的三种机理：1)1)电子运动：金属导体。电子运动：金属导体。2)2)晶格振动：固体。晶格振动：固体。3)3)分子运动：有机物固体和各种气体。分子运动：有机物固体和各种气体。液体主要是分子振动能量传递，气体主要是平动液体主要是分子振动能量传递，气体主要是平动（单原子）以及平动与转动（双原子）能量传递。（单原子）以及平动与转动（双原子）能量传递。由气体分子运动论，材料热导率的理论表达式由气体分子运动论，材料热导率的理论表达式 kc vtv18

32、95()固体热导率固体热导率固体热导率固体热导率液氮温度以上，纯金属热液氮温度以上，纯金属热导率基本为定值；液氮温导率基本为定值；液氮温度以下，热导率与度以下，热导率与T T-2-2成正成正比；达到一极值后，热导比；达到一极值后，热导率随温度下降而下降。无率随温度下降而下降。无序合金和不纯金属热导率序合金和不纯金属热导率随温度下降而下降，合金随温度下降而下降，合金中无最大值现象。中无最大值现象。kc vtv13固体的比热容固体的比热容德拜德拜(Debye)(Debye)模型模型假设固体为连续介质，定义德拜温度和德拜函数假设固体为连续介质，定义德拜温度和德拜函数高温时高温时(T3(T3 D D)

33、，比热容接近定值，比热容接近定值3R3R。温度很低时。温度很低时(T(TD D/12)/12)，固体的晶格比热容与绝对温度三次方成正比，固体的晶格比热容与绝对温度三次方成正比，非金属比热容即是如此（德拜三次方定律）。非金属比热容即是如此（德拜三次方定律）。DDVTDTRc33333378.23378.233DuDVMTRRTc33,5.12TcDmV3143VNkhvaD电子比热容电子比热容 对金属，自由电子对比热容也起作用。电子比热对金属，自由电子对比热容也起作用。电子比热容与绝对温度成正比。容与绝对温度成正比。由于电子比热容常数很小，故常温下电子比热容由于电子比热容常数很小，故常温下电子比

34、热容很小。但在极低温度下，电子比热容变得重要。很小。但在极低温度下，电子比热容变得重要。cam MR Th NN VTv eee,/(/)43422022 3热膨胀系数热膨胀系数 对各向同性材料，温度升高对各向同性材料，温度升高时，原子平均间距的增长速时，原子平均间距的增长速率随温度的上升而增大，因率随温度的上升而增大，因此膨胀系数随温度升高而增此膨胀系数随温度升高而增大。大。固体的热膨胀系数与德拜比固体的热膨胀系数与德拜比热随温度变化的情况相同。热随温度变化的情况相同。低温低温()()时，与绝对时，与绝对温度三次方成正比。温度三次方成正比。pTVV112DT电磁性能：电导率电磁性能：电导率将

35、外部电场加在电导体将外部电场加在电导体上时上时,导体中的自由电子导体中的自由电子被迫沿电场方向运动。被迫沿电场方向运动。其运动受到金属晶格正其运动受到金属晶格正离子和杂质原子的阻挡离子和杂质原子的阻挡温度降低温度降低,离子的振动能离子的振动能量降低量降低,对电子运动的干对电子运动的干扰较小。因此扰较小。因此,对金属导对金属导体体,温度降低时电导率增温度降低时电导率增大大(电阻率减小电阻率减小)电阻率电阻率(1)(1)铜，铜，(2)(2)银，银，(3)(3)铁，铁，(4)(4)铝铝 基本概念基本概念 超导转变温度超导转变温度T T0 0：在没有磁场时，许多元素、合：在没有磁场时，许多元素、合金和

36、混合物电阻降为零并具有完全抗磁性的温度金和混合物电阻降为零并具有完全抗磁性的温度 临界磁场强度临界磁场强度HcHc：破坏超导性所需的磁场强度。：破坏超导性所需的磁场强度。HcHc是温度的函数是温度的函数。第一类超导体：有一确定的第一类超导体：有一确定的HcHc 第二类超导体：有一较低的第二类超导体：有一较低的HcHc1 1，对应超导开始转变；有一较高对应超导开始转变；有一较高的的HcHc2 2，对应超导转变结束。，对应超导转变结束。基本概念基本概念 临界电流临界电流IcIc：不破坏超导性：不破坏超导性的前提下流经材料的电流上的前提下流经材料的电流上限值。对第一类超导体限值。对第一类超导体 第二

37、类超导体的第二类超导体的IcIc须由实验须由实验确定。确定。超导体所表现的特性超导体所表现的特性 比热容突增；比热容突增；热电效应消失；热电效应消失；热导率：有磁场时，纯金属突降，有的合金相反；无磁场热导率：有磁场时，纯金属突降，有的合金相反；无磁场时，无突变，但曲线斜率变化很大；时，无突变，但曲线斜率变化很大；电阻：第一类超导体突变为零，第二类转变时刻跨越电阻：第一类超导体突变为零，第二类转变时刻跨越1K1K温温度范围；度范围；磁穿透率：第一类超导体突变为零，第二类当时磁穿透率：第一类超导体突变为零，第二类当时 MeissnerMeissner效应不完全。效应不完全。21ccHHH各超导材料各超导材料T T0 0均很低。直至均很低。直至19861986年发现高于液氮温度年发现高于液氮温度的氧化物高温超导材料，使超导向实用化更进一步的氧化物高温超导材料，使超导向实用化更进一步材料从正常态转变为超导态时的性质变化：材料从正常态转变为超导态时的性质变化：