超伝導について

質問

一通り、修士レベルのことは超伝導について勉強した上で質問します。

超伝導状態では抵抗値がゼロになりますが、
では超伝導電流はどうやって決まるのでしょうか？
恐らく低温する前に流れていた電流値がそのまま保持されるのだと思うのですが、どうなのでしょうか？

それと超伝導状態で電圧をかけるとどういうことが起きるのでしょうか？抵抗値がゼロということは電流値は変わらないと思うのですが、
どうなのでしょうか？

この２点どうしても分からなかったのでお願い致します。

回答No.3

kenojisan · ベストアンサー

質問者さんは、「超伝導コイル」を想定されているのかも知れませんが、それに対しては既に解答されているようなので、私は短い「超伝導線」を想定して解答します。
質問者さんの質問は、本質的には「超伝導」に関わる事ではなく、単に「理想導電体」に関する質問であり、実質的には1mm径x1cm程度の銅線で思考実験しても十分な話です。

１．抵抗値がゼロの時の電流は？
　抵抗値がゼロでも電流は流れます。電圧降下がゼロなだけです。回路に電流計を差し込めば普通に電流値は測れます。上記のような銅線を定電流での抵抗測定することを考えてみてください。テスター程度では銅線の電圧はほぼゼロに見えるはずです。
通常の４端子法で定電流による抵抗測定をしながら、試料としての超伝導体の温度を変化させれば、転移温度以下では試料の電圧降下がゼロになるだけで、温度を上げようが下げようが電流値に変化は有りません。

２．超伝導状態で電圧をかければ？
　これも銅線に電圧をかけることを考えれば同じ事で、実験室の直流電源を定電圧モードで流そうとすれば、電流のオーバーロードになって電圧がかからない（電圧降下が起こらない）ことになります。乾電池でやれば、いわゆる「ショート」になって、過電流で乾電池が爆発するかも知れません。

この２つの質問は、「超伝導」の問題では無くて電流回路の問題なので、そちらの方を勉強されることをお勧めします。

回答No.2

foobar

通常は電流が流れていない状態で超伝導にして、そこから電流を流し始めます。（抵抗がある状態で電流を流すと発熱します。この発熱を取り去りながら温度を下げるのは結構面倒です。）

抵抗0での電流
いくつか場合がありますが、
1.超伝導導体につながっている導体（たとえば電源と接続する導体など）に抵抗があって、ここで電流がきまる。（これ単独で使うことはなくて、大抵は2.の電流制御と絡めて使われるかと思います）
2.電源装置で一定電流になるように制御する。
（電圧を加えると、＃１さん回答にあるインダクタンス成分や、接続導体の抵抗に応じて、徐々に電流が増えます。で、目的の電流になるように電源装置の電圧を自動調節します。）
3.＃１さん回答にあるように、抵抗0のスイッチで短絡して、永久電流状態にする場合
が主なものかと思います。

回答No.1

imoriimori

専門家ではないので、他に専門家のご意見があればそちらを信じてください。

>低温する前に流れていた電流値がそのまま保持されるのだと
常伝導状態で電流を流していて、そのまま超電導にした、というならそのとおりです。

>超伝導状態で電圧をかけるとどういうことが起きるのでしょうか？抵抗値がゼロということは電流値は変わらないと思うのですが
抵抗だけが電流を決めるのではないです。
超電導コイルは（コイルでなくても線には）インダクタンスがあります。電圧をかけてやってもインダクタンスＬのために、即時に電流は上がりません。外部電源から逆起電力に対向してエネルギーをつぎこんでやり、電流Ｉを増やします。超電導コイルが1/2 L I^2のエネルギーを受け取った段階で外部電源を切り離し超電導コイルの閉ループだけにしてやると、そのＩが継続します。