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超伝導について

物質の温度が低くなれば超伝導が起こり電気抵抗が低くなる
ということですが
電気抵抗というのは電子が原子格子にぶつかることによって生じる抵抗のことだと理解しています
なので温度が低くなれば原子格子が振動しなくなり電子が原子格子にぶつからないので抵抗が零になるとのことでした

これは教科書に載っていたのですが
いくら原子格子が振動しなくても電子が原子格子にぶつかる確率は零にはならないように思え
抵抗が零になることはないように思えます

教科書にかいてある
抵抗が零になる
というのは
抵抗がほぼ零になる
ということなのでしょうか?

下手な日本語でわかりにくとは思いますが
回答おねがいします

投稿日時 - 2009-06-12 00:52:49

QNo.5036857

暇なときに回答ください

質問者が選んだベストアンサー

まず超伝導ではなくて、量子力学に従う「結晶中の電子」の話:

> いくら原子格子が振動しなくても電子が原子格子にぶつかる確率は零にはならないように思え

このセンスは正しいです。ただし古典力学の場合です。
振動しなくても格子がそこにあれば古典力学では衝突が起こります。

ところが格子が動かないで完全な周期構造を取った場合、
量子力学ではおうおうにこういった周期ポテンシャルに対する
固有状態(ブロッホ状態)が存在するので、
電子がこの状態の場合、いつまで経ってもこの状態のままです。
(固有状態というのは時間変化しなものだから。)

つまり同じ状態を取るということは、ずっと散乱されないでいる
(流れ続ける)ということです。

量子力学の不思議なことの一つは、格子が完全に周期的ならば、
電気抵抗が起きないということです。

尚、この話はバンド内のエネルギーを持った電子に言える話で、
バンドギャップ内のエネルギーをもった電子は、格子の周期性のために
散乱され、そもそも固有状態が存在しません。

しかし、少しでも格子振動などで周期性が壊れれば、電気抵抗が
発生します。だから、どんなに温度を下げても、少しくらいは
格子が振動するだろうから、抵抗は完全にはゼロになりません。

そういった意味では、今の機構では完全に抵抗がゼロになることはありません。

2)超伝導のすごいところは、格子が振動して周期性が少し壊れていても電気抵抗がゼロになってしまう点です。

簡単に言うと、電子構造に超伝導Gapができて、その中に状態が存在できません。

量子力学では、ある状態iから電子の散乱が起こるためには、エネルギー則を満たす別の状態fが存在しなければなりませんが、Gapが開くので、散乱される状態が存在しないので、そもそも散乱が起こることができません。

投稿日時 - 2009-06-12 20:28:20

お礼

私の考え方は古典力学になってしまうのですか
やっぱり量子論は難しいですね

周期構造という概念がわかりずらかったのですが
なんとなく超伝導の原理がわかりました

ありがとうございます

投稿日時 - 2009-06-14 00:34:30

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回答(3)

ANo.2

超伝導は抵抗値が厳密に0になる現象です。
大学生ですか?
>温度が低くなれば原子格子が振動しなくなり電子が原子格子にぶつからないので抵抗が零になる
こんな説明がまともな教科書に載っているとは思えないのですが、専門のきちんとした教科書ではなくて、一般向けのお話みたいな本ですか?
とりあえず、その説明は根本的に間違っているので忘れてください。たとえ一般向けの本で比喩的な表現であるとしても不適切だと思います。

超伝導の仕組みは、量子(統計)力学の話になるので簡単に説明するのは難しいです。
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa130292.html

投稿日時 - 2009-06-12 01:10:57

お礼

教科書を読みなおした結果

あまり詳しく書かれてないことと
私の勘違いの部分があることがわかりました

量子論はイメージがつかみにくくて苦手です(笑”

投稿日時 - 2009-06-14 00:28:12

ANo.1

こんばんは。

通常の電気抵抗は温度に依存しますが、
超伝導は、そういった電気抵抗とは、全く違う話になります。

超伝導というのは、ある温度を境目にして、そこから下の温度は全部、抵抗ゼロなのです。

まずは、こちらをどうぞ。
http://100.yahoo.co.jp/detail/%E8%B6%85%E4%BC%9D%E5%B0%8E/

ご参考になりましたら。

投稿日時 - 2009-06-12 01:00:19

お礼

温度とは関係ないのですか・・・

ありがとうございます

投稿日時 - 2009-06-14 00:23:39

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