金屬物體(ti) 具有傳(chuan) 導電流的能力，稱為(wei) 金屬的導電性。如金、銀、銅、鋁等，都是較好的金屬導體(ti) 。金屬為(wei) 什麽(me) 會(hui) 導電呢？一般認為(wei) ，金屬的導電性與(yu) 其結構有關(guan) 。

最早的金屬導電理論，是建立在經典理論上的特魯德—洛倫(lun) 茲(zi) 假說，認為(wei) 金屬中存在有自由電子，在外電場作用下，自由電子沿電場力方向產(chan) 生定向運動，形成電流。按照Q—M鍵理論，原子的Q鍵鏈接具有傳(chuan) 導電場能的功能，據此，提出新的金屬導電理論——Q鍵電橋說。

一、Q鍵電橋說

       Q—M鍵理論認為(wei) ，金屬之所以具有導電性，與(yu) 原子核的Q鍵鏈接有關(guan) 。具體(ti) 表述為(wei) ，在外界電場作用下，原子核電場串聯起來，構成一條電場傳(chuan) 導通路——電橋，電場能通過電橋形成電流。需要說明的是，核外電子處於(yu) 運動狀態，其電場無法形成線性鏈接，因此，金屬導電性與(yu) 核外電子沒有關(guan) 係。原子核電場串聯屬於(yu) 原子Q鍵鏈接的組成部分，因此稱為(wei) Q鍵電橋，其傳(chuan) 導電流過程，如圖所示：

       比較而言，電橋說以原子核為(wei) 傳(chuan) 導電流的載體(ti) ，明確了電流的本質——流動的電場能，以光速C傳(chuan) 遞，完全符合電流的傳(chuan) 輸特征。而自由電子運動說則以核外電子為(wei) 傳(chuan) 導電流的載體(ti) 。自由電子定向運動描述的是粒子流，粒子流沿著電場方向運動，勢必向導體(ti) 的一端聚集，而另一端形成空穴，金屬原子變為(wei) 離子，金屬的傳(chuan) 導功能具有一定飽和性；如此一來，電子定向運動隻能維持短暫的電流傳(chuan) 導，無法形成持續的電流，與(yu) 事實不符。另一方麵，自由電子以光速傳(chuan) 導電流也是值得推敲的。

二、電阻

       金屬導體(ti) 在傳(chuan) 遞電流過程中，對電流的阻礙作用稱為(wei) 電阻。電阻的特征是將電能轉化為(wei) 熱能。那麽(me) ，電阻是怎如何生的呢？下麵就來探討這一問題。

       在原子內(nei) 部，原子核與(yu) 核外電子存在著質量場和電場雙重作用，其中，原子核和核外電子的電場方向相反，參照圖示：金屬電阻與(yu) 熱電子(A)。

      當外界電場作用於(yu) 導體(ti) 時，金屬原子通過Q鍵鏈接形成電橋，原子核的電場方向與(yu) 外界電場方向保持一致，而核外電子的電場方向則與(yu) 外界電場方向相反。電場方向相反產(chan) 生排斥作用，因此，核外電子將在外界電場作用下，調轉電場方向，與(yu) 原子核電場方向相同。由於(yu) 原子核與(yu) 電子互為(wei) 逆向旋轉粒子，電場方向相同，質量場旋轉方向則相反。根據質量場作用規則，逆向旋轉質量場間產(chan) 生排斥作用。因此，核外電子將在原子核質量場斥力作用下發生徑向運動，躍遷到外層高能級軌道。核外電子在電場翻轉及軌道躍遷過程中，產(chan) 生的反作用即為(wei) 導體(ti) 的電阻效應。電阻值的大小與(yu) 電子躍遷前後能量之差成正比。參照圖示，金屬電阻與(yu) 熱電子（B）。

      不難看出，導體(ti) 電阻是外界電場能量轉化為(wei) 核外電子軌道躍遷能量的一種作用機製。躍遷到高能級軌道上的電子又稱為(wei) 熱電子，是物體(ti) 進入高溫狀態的一種標誌。通過電阻作用效應，原子能級升高，意味著導體(ti) 溫度升高。熱電子在軌道躍遷過程中，產(chan) 生熱輻射現象。因此，電阻具有把電能轉化為(wei) 熱能的物理特征。

三、超導現象

      超導是指某些物質在特定的低溫條件下，電阻降為(wei) 零的性質。超導現象的特征是零電阻和完全抗磁性。

      1911年，荷蘭(lan) 物理學家昂內(nei) 斯發現，汞在溫度降至4.2K附近時，導電性能突然進入一種新狀態，電阻竟然消失了。後來發現許多金屬和合金都具有這種特殊的導電性能，昂內(nei) 斯稱之為(wei) 超導態。超導體(ti) 的直流電阻率在一定的低溫下突然消失，被稱作零電阻效應。^[1]

      為(wei) 了證實超導體(ti) 電阻為(wei) 零，科學家將一個(ge) 鉛製的圓環，放入溫度低於(yu) Tc=7.2K的空間，利用電磁感應使環內(nei) 激發起感應電流。結果發現，在兩(liang) 年半的時間內(nei) ，電流一直沒有衰減，這說明圓環內(nei) 的電能沒有損失。當溫度升到高於(yu) 超導轉變溫度Tc時，圓環由超導狀態變正常態，材料的電阻驟然增大，感應電流立刻消失，這就是著名的昂內(nei) 斯持久電流實驗。

       超導體(ti) 零電阻效應，反映的是極限條件下，溫度與(yu) 電阻的關(guan) 係。這一現象是怎樣產(chan) 生的呢？下麵就來闡述這一問題。

      通過前麵章節對熱本質的討論，我們(men) 知道，物體(ti) 溫度與(yu) 原子能級存在著對應關(guan) 係。原子能級越高，物體(ti) 溫度越高，原子能級越低，物體(ti) 溫度越低，原子能級決(jue) 定了物體(ti) 的溫度。反過來說，物體(ti) 所處環境的溫度可以調整原子的能級，溫度越高，原子能級越高，溫度越低，原子能級越低。當外部環境溫度恒定時，物體(ti) 溫度不變，原子能級處於(yu) 被鎖定狀態。原子能級處於(yu) 基態時，對應於(yu) 物體(ti) 的最低溫度狀態，每種原子的極限溫度不盡相同，都接近於(yu) 絕對零度。基態原子的核外電子運動在最低能量軌道上，不會(hui) 產(chan) 生電磁輻射。

      所謂電阻是外界電場改變核外電子電場方向，使之成為(wei) 熱電子而產(chan) 生的反作用效應。如果核外電子被極限溫度鎖定在最低能級軌道上，就不會(hui) 發生軌道躍遷，沒有機會(hui) 成為(wei) 熱電子。核外電子不發生軌道躍遷，對外界電場不產(chan) 生反作用，此時，導體(ti) 電阻表現為(wei) 零，進入超導狀態。如果物體(ti) 溫度升高，核外電子在外界電場作用下，躍遷到高能級軌道，成為(wei) 熱電子。這時，超導體(ti) 的零電阻效應就會(hui) 馬上消失，恢複到常態。原子的極限溫度，又稱超導轉變溫度Tc。

      1933年，荷蘭(lan) 的邁斯納和奧森菲爾德共同發現了超導體(ti) 的另一個(ge) 極為(wei) 重要的性質——完全抗磁性。對單晶錫球進行實驗發現：錫球過渡到超導態時，錫球周圍的磁場突然發生變化，磁力線似乎一下子被排斥到超導體(ti) 之外去了，人們(men) 將這種現象稱之為(wei) “邁斯納效應”。

      傳(chuan) 統超導理論認為(wei) ，當超導體(ti) 處於(yu) 超導態時，在磁場作用下，表麵產(chan) 生一個(ge) 無損耗感應電流。這個(ge) 電流產(chan) 生的磁場恰恰與(yu) 外加磁場大小相等、方向相反，因而在深入超導區域總合成磁場為(wei) 零。換句話說，這個(ge) 無損耗感應電流對外加磁場起著屏蔽作用，因此稱它為(wei) 抗磁性屏蔽電流。

      然而，分析發現，上述說法與(yu) 電磁感應原理相矛盾。因為(wei) 感應電流產(chan) 生的條件是，導體(ti) 在磁場中做切割磁力線運動，靜止於(yu) 磁場中的導體(ti) ，包括超導體(ti) 在內(nei) ，在沒有切割磁力線的情況下，是不會(hui) 產(chan) 生感應電流的，設定超導體(ti) 表麵產(chan) 生無損耗感應電流，缺乏理論依據。

      人們(men) 曾做過這樣一個(ge) 實驗，在一個(ge) 淺平的錫盤中，放入一個(ge) 體(ti) 積很小磁性很強的永久磁鐵，然後把溫度降低，使錫出現超導性。這時可以看到，小磁鐵竟然離開錫盤表麵，飄然升起，與(yu) 錫盤保持一定距離後，便懸空不動了。實驗過程顯示，超導體(ti) 的完全抗磁性是在超導體(ti) 與(yu) 磁場相對靜止時出現的，沒有切割磁力線運動，屬於(yu) 超導體(ti) 內(nei) 部的一種自然屬性。

      超導體(ti) 的完全抗磁性是如何產(chan) 生的呢？邁斯納效應的機理是什麽(me) 呢？下麵就來探討這個(ge) 問題。

       每個(ge) 原子都是一個(ge) 小磁體(ti) ，都能夠與(yu) 外界磁場發生作用。電橋說認為(wei) ，在外界磁場作用下，超導態原子像電場中的原子一樣，將按著磁場方向有序排列，原子核電場串聯起來，鏈接成環形電橋。在環形回路中，電阻為(wei) 零，原子核電場能自行循環，形成昂內(nei) 斯持久電流，即無損耗感應電流。換句話說，靜止於(yu) 磁場中的超導體(ti) ，將自行感應生成電流，感應電流形成感應磁場。

       超導體(ti) 不等同於(yu) 電阻率為(wei) 無限小的理想導體(ti) ，對於(yu) 理想導體(ti) 來說，在加磁場前後導體(ti) 內(nei) 磁感應強度不發生變化，而超導體(ti) 內(nei) 部的磁感應強度為(wei) 零，B=0，即超導體(ti) 排斥體(ti) 內(nei) 的磁場。那麽(me) ，超導體(ti) 的這種屬性是如何產(chan) 生的呢？

       原子的磁場由原子核磁場和核外電子磁場共同組成。磁場的本質是旋轉質量場效應，原子核磁場和電子磁場就是其質量場（M場）自旋產(chan) 生的效應。磁場對原子作用分為(wei) 兩(liang) 種情形：第一種情形，原子的磁場方向與(yu) 外磁場方向相同，這時，外磁場將向原子核和電子傳(chuan) 輸自旋角動量，導致M場作用強度增大，原子核與(yu) 電子結合力增強，原子半徑縮小。第二種情形，原子的磁場方向與(yu) 外磁場方向相反，這時，外磁場將消減原子核和電子自旋角動量，導致M場作用強度減小，原子核與(yu) 電子結合力減弱，原子半徑增大。就是說，無論原子磁場方向與(yu) 外磁場方向相同，還是相反，原子半徑都要發生增減變化；準確地說是核外電子發生了軌道躍遷，進入到新的能量軌道，這就是磁場對原子的作用效應。

       但是，超導態的原子，原子能級為(wei) 基態，核外電子被鎖定在最低能量軌道上，不會(hui) 發生任何軌道躍遷。這意味著超導態抵製外部磁場的作用效應，超導體(ti) 內(nei) 部的磁感應強度為(wei) “零”。根據作用與(yu) 反作用原理，超導態原子將通過感應電流生成與(yu) 外磁場大小相等、方向相反的感應磁場。

       超導感應磁場與(yu) 外磁場相互排斥，傳(chuan) 統超導理論把這一現象理解為(wei) ，磁力線無法通過超導體(ti) ，把體(ti) 內(nei) 的磁場排擠出去。其實，在完全抗磁性實驗中，超導體(ti) 內(nei) 部磁場強度並不為(wei) 零，而是與(yu) 外磁場呈對抗狀態，因而出現了各種排斥現象，這是邁斯納效應的本質。實驗模擬圖示如下：