永久磁体与超导体平衡状态下的物理定律探讨

摘 要 正常情况下，磁体与正处于超导态的物体相互靠近时，磁体自身特有的磁场会引起处于超导状态下的物体表面产生相应的超导电流。二者靠近过程中产生电流时形成的磁场位置正好是超导体内部，正好与磁体的磁场大小相同，方向相反。二者相互作用，相互抵消，最终出现的磁感应强度变为零，即B=0，此时则表明超导体对体内磁场有较强的排斥性。本文就永久磁体与超导体平衡状态下的物理定律进行分析研究。

关键词 永久磁体;超导体;平衡状态;物理定律

中图分类号：O511 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）21-0195-01

在现代信息科技飞速发展的21世纪，超导已经成为了人们讨论的热点问题之一，其作为一种新技术、新发现深深的吸引着人们的眼球。而永久磁体与超导体平衡状态下得出的物理定律这一伟大成功引起了科学界的关注。其原理与具体实验是怎样的呢？内容如下：

1 永久磁体与超导体平衡状态下的物理定律的研究历程

早在1933年，德国著名物理学家麦斯纳与奥森菲尔德通过多次探究试验发现，在小磁场内，倘若将金属完全冷却，使其处于超导状态，超导体内的磁力线将会被快速排出，倘若磁力线不具备穿透其体内的能力，那么超导体的磁场值将恒等

于零[1]。

倘若超导体呈现出超导性，其自身的磁通量将完全在某一时间排至体外，此时的磁感应强度完全抵达零，且该阶段在加磁场与降温方面无论二者的顺序如何，只要其处于超导状态，超导体就会第一时间将所有磁通量排至体外。

同时，就超导体的性质来讲，其自身本就属于完全抗磁体，此性也就决定了外加磁场根本无法完全进入到超导体内[2]。

2 永久磁体与超导体平衡状态下物理定律的原理

导致迈斯纳效应的最主要因素包括：倘若超导体完全进入超导态，其受磁场影响，超导体表面会出现无损耗抗磁感应电流，且产生的电流大小与外加磁场电流大小正好一致，但二者呈逆向状态。所以，不断深入超导区域，其总磁场将会趋于零。也就是说，在此状态下产生的无损耗抗磁感应电流对外加磁场有相应的屏蔽性，也正因如此，其被称之为抗磁性屏蔽电流。

超导体属于电阻率p在无限小状态下的理想导体，依照欧姆定律E=pJ，若p=0，则由麦克斯韦方程组，可知在加磁场前后理想导体体内磁感应强度不发生变化，即B=C≠0，C为加入磁场前导体体内的磁感应强度。而超导体的迈斯纳效应要求深入超导区B=0[3]。

3 永久磁体与超导体平衡实验

该定律得出后，不少专家和学者也做过如下实验，即在浅平的锡盘中，放置体积非常小，但磁性极强的永久磁体，放置好后，再持续降温，保证锡具有较强的超导性。此种状态可看见一罕见现象，体积非常小的磁铁缓缓离开锡盘表面，并不断上升，但上升高度抵达一定程度时，便会静止不动。此完全是因为超导体具备的完全抗磁性，导致小磁铁的磁力线根本不能穿透超导体，使得磁场出现畸变，并出现方向向上的浮力[5]。研究表明，处于超导态的物体，外加磁场根本进入其内部，最直接的原因还在于其表现形成有无损耗抗磁感应电流，在此电流下形成的磁场，刚好与超导体内部磁场相抵消，此结果具有较强的突破性。此后，迈斯纳效应就成为正确判断物体是否具有超导性的依据[4]。

设超导体锡盘外加磁场强度为B，永久磁体与超导体锡盘的高度为h，永久磁体的质量为m，则永久磁体在地球重力场中的重力势能为mgh。设锡盘表面产生的无损耗抗磁感应电流的强度为I，无损耗抗磁感应电流的形状受永久小磁体的形状影响，不管形状如何变化，都可以视为一个闭合线圈。如正方形线;长方形线;圆线;椭圆线;不规则闭合线

因为无损耗抗磁感应电流形成闭合线圈中的电阻R=0，则无损耗抗磁感应电流形成的闭合回路中，电压差U=IR=0。所以无损耗抗磁感应电流形成的闭合回路中，电压恒等。

设无损耗抗磁感应电流闭合回路的长度为L。本人认为无损耗抗磁感应电流的总能量为：I3L，根据能量守恒定律，它应该等于永久小磁体所获得的重力势能，或者与永久小磁体的重力势能成一定的比例常数k。永久磁体即。若k=1，则相等。若0〈k〈1或k〉1，则成一次函数。

因本人不在相关实验室，无法做实验验证。

请读者有兴趣验证下。

总之，超导体与永久磁体本是两个不同概念的物体，其在一起平衡状态下，却会因多种的因素的影响而产生向上的浮力。永久磁体与超导体平衡实验过程中具有重要意义的发现为超导体的表面感会出现一个无损耗抗磁感应电流，此电流出现的磁场能够有效抵消超导体内部的磁场，并得出最终的物理定律。该结果的探究发现为科学界的一大成就，具有十分重要的现实意义。

参考文献

[1]马俊，杨万民，李国政，等.永磁体辅助下单畴GdBCO超导体和永磁体之间的磁悬浮力研究[J].物理学报，2011（2）：649-654.

[2]朱敏，任仲友，王素玉，等.YBaCuO超导块的厚度和形状对其悬浮力的影响[J].低温物理学报，2002（03）：213-217.

[3]任仲友，OliverdeHass，王晓融等.永磁导轨上组合与单块YBCO的悬浮力关系研究[J].低温物理学报，2003（S1）：182-186.

[4]冯勇，周廉，杨万民，等.PMP法YGdBaCuO超导体的磁通钉扎研究[J].物理学报，2000（01）：146-151.

[5]胡立发，周廉，张平祥，等.高温超导体的磁化与磁滞损耗[J].物理学报，2001（07）：1359-1365.