基于电阻焦耳热调控3D纳米桥结的临界电流

近些年来, 超导三端子器件通过引入第三端可控变量可以实现单个约瑟夫森结两端临界电流的调控, 受到广泛关注. 本文介绍了一种微缩型的超导三端子器件结构, 通过电阻电流产生的焦耳热来调节3D 纳米桥结附近的局部温度, 从而实现有效调节3D 纳米桥结的临界电流. 本实验利用了两种氩(Ar) 离子表面清洗条件制备获得了两种不同电阻特性的铝(Al) 电阻条, 并且测量表征了这两种电阻条的电流焦耳功率分别与单个和两个3D 纳米桥结的临界电流之间的变化关系. 我们实现了最低使用33 μW 的电阻功率, 来达到单个3D 纳米桥结的临界电流的50% 范围内的调节, 从而验证了本超导三端子器件结构的可实用性.     

强流脉冲下重复滑动电接触界面的电热特性

固体电枢电磁轨道发射中,膛内枢轨滑动电接触的电热特性关系到滑动界面的接触状态、电流传导品质和界面能量耗散,制约着系统效率和轨道寿命。设计开展了多组不同电流线密度的多发重复试验,通过采集电气试验数据进行迭代计算,得到了滑动接触电阻和界面焦耳热耗散功率的动态变化规律,分析了沉积物随重复发射的演变及电流线密度对电热特性的影响规律,并结合试验后轨道表面熔蚀沉积检测,讨论了滑动电接触界面的演变过程。结果表明:接触电阻稳定临界点和焦耳热耗散功率峰值点都出现在脉冲电流下降沿,接触电阻稳定值量级为10-2 mΩ,焦耳热功率峰值幅值可达10-1 MW;炮口速度随重复次数的增加而降低并趋于稳定,多次重复发射对滑动接触电阻和焦耳热功率较小的影响表明沉积物在发射中再次熔融并对电接触起积极作用;而即使输入能量一致,电流线密度的变化也显著影响了界面焦耳热的生成。     

电流转移对MgB_2/Fe超导带材失超传播速度的影响

在MgB2/Fe超导带材中,Fe包套与MgB2超导芯的交界处有很薄的反应层,其主要成分为Fe2B和FeB,其电阻率很高,导致当电流在基材和超导芯间转移时存在一个转移长度,在这一长度上会产生电压分布并伴随有焦耳热产生,从而影响到带材的临界电流测量和热稳定性.本文使用分布电阻模型分析了MgB2/Fe超导带材中的电流转移特点,推导出电流转移长度的公式及由于电流转移产生的焦耳热.并把电流转移产生的焦耳热加入到MgB2/Fe超导带材在绝热条件下失超传播的一维分析当中,推导出失超传播速度的公式,对超导带材失超传播速度的传统计算公式进行了改进.本文对研究MgB2/Fe复合超导带材的热稳定性分析及MgB2超导带材的实用化具有参考价值.     

输电线路等效电阻的计算

本文通过对趋肤效应的分析 ,讨论了输电线路中的焦耳热 ,并给出其等效电阻的计算结果     

HL-2M 环向场线圈水冷数值模拟与分析

建立了环向场线圈的水冷计算模型,根据热传导和对流换热方程进行了数值模拟分析。计算结果表明：指形接头与铜板的界面接触热阻和接触电阻对指形接头的温升影响较大,但在平顶电流为140kA 及其电流平顶7s 时,由焦耳热引起的最高温升40℃以下,故环向场线圈的温度均不会超过80℃,且15min 后TF 线圈温度均降至30℃以下。在平顶电流为190kA 时,线圈通电持续时间可根据界面实测接触热阻、接触电阻以及线圈初始温度来确定。     

电磁轨道炮接触热时空分布特性分析

电磁轨道炮接触热时空分布特性是进行电枢熔化抑制、轨道散热设计和热管理的重要依据。在建立电枢与轨道接触压力、接触电阻计算模型的基础上,建立了接触热时空分布的计算模型,对电磁轨道炮的接触热时空分布进行了仿真计算,并对其特性进行了分析。针对接触热在电枢运动初始阶段相对集中的问题,研究了电枢前级加速对接触热时空分布特性的影响。仿真分析结果表明:接触热主要来源于电流焦耳热,焦耳热功率曲线与驱动电流曲线具有较大相似性;大部分接触热在电枢运动初始阶段传导给轨道,这是引起此阶段轨道烧蚀的主要原因;电枢运动初始阶段单位长度轨道传导的接触热和发射过程中电枢的热积累随着电枢初速度的增大而减小。     

大功率GaN基发光二极管的电流扩展效应及电极结构优化研究

定性分析了GaN基LED的电流扩展效应，发现电流密度和电流横向扩展的有效长度对电流均匀扩展有很大影响.基于此，对GaN基大功率LED提出了优化的电极结构，以减缓电流拥挤效应，降低器件串联电阻.通过用红外热像仪测量器件表面的温度分布，发现具有优化的环形插指电极结构的GaN基大功率LED表面温度分布比较均匀，证明芯片接触处电流扩展均匀，局部电流密度降低，减小了焦耳热的产生，增强了器件的可靠性.     

焦耳（Joule，James Prescott，1818-1889）英国物理学家（Physicist，England）

焦耳确定了各种形式的能（机械能、电能和热能）基本上是同一的，可以由一种形式变换为另一种形式，从而为能量守恒定律，为热力学第一定律奠定基础。1835年在曼彻斯特大学英国著名化学家道耳顿指导下学习，在《论伏打电生热》（1840）论文中，描述了焦耳效应，说明电流在导线中所生的热，与导线电阻和电流平方的乘积成比例。1843年发表了产生一单位热所需功的量值（叫做热功当量）。     

大功率GaN基发光二极管的电流扩展效应及电极结构优化研究

定性分析了GaN基LED的电流扩展效应,发现电流密度和电流横向扩展的有效长度对电流均匀扩展有很大影响.基于此,对GaN基大功率LED提出了优化的电极结构,以减缓电流拥挤效应,降低器件串联电阻.通过用红外热像仪测量器件表面的温度分布,发现具有优化的环形插指电极结构的GaN基大功率LED表面温度分布比较均匀,证明芯片接触处电流扩展均匀,局部电流密度降低,减小了焦耳热的产生,增强了器件的可靠性. 关键词： 氮化镓 发光二极管 电流扩展 电极结构优化     

电容器并联过程中静电场能损失的具体计算

用下面一个电容并联实例为代表,研究一下并联过程中静电场能的损失。 把带电Q1的电容器C1和带电Q2的电容器C2并联。假定V2>V2由于静电场是保守力场.共场能变化与中间过程无关,只与始末状态有关,所以场能损失为 能量是怎样损失的?答案自然是焦耳熟和电磁辐射。但C1和C2之间是短路连结的,不容易明显地看出焦耳热方面的损失。为了更具体地研究能量损失的过程,我们可以把短路连结用一个热电阻Rh与一个等效辐射电阻Rr来替代。总电阻就是 R=Rh+Rr. 这样,我们的问题就变为求解下图的等效电路。 t时刻,电路方程 以等效焦耳热的方式计算场能损…     

磁控式高温超导开关特性研究及其在高温超导逆变中的应用

常规电力电子开关器件在开关导通时仍然有电阻,通过大电流时会产生大量的焦耳热。采用高温超导开关代替常规的电力电子开关器件,可以减少开关导通时焦耳热的产生,从而达到减少能耗、提高效率的目的。实验研究了磁控式高温超导开关的特性,研究了背景磁场方向、背景磁场强度、背景磁场变化速率等因素对磁控式高温超导开关导通和关断情况的影响,为进一步研究高温超导逆变电路奠定了基础。     

电流的热效应

电流通过导体时所生之热量Q与电流强度I,异体的电阻R和通电时間t之間的关系,用焦耳——楞次定律来表示即: Q=0.24I~2Rt (1) 从(1)式可知在电流强度I相同(如串联的两根电阻线)的情况下,导体生之热与本身的电阻成正比。设R_1与R_2表示两根电阻不同的导线的电阻,当它們串联(图1)时在相同时間內生之热量分別为:     

浅谈含容电路回路电阻理想化处理的正确性

含容电路是高中电磁感应中比较典型的一类电路,在有些题目处理中会对这类电路进行理想化处理从而忽略回路中的电阻,将电路简化,如2018年下半年浙江省普通高校招生物理选考的第22题.但在实际计算中发现,将此类电路粗暴地理想化处理是有问题的.在有限的时间内考虑焦耳热时,对回路电阻作理想化处理而忽略是正确的.下文将通过对含容电路在两种初始条件下的运动情况分析,说明回路电阻理想化处理的正确性问题.     

在脉冲强磁场下测量超导体临界磁场

在脉冲强场下测量NbTi的临界磁场H_r(4.2K),结果为115±4kG.同时观察了噪音、焦耳热和“临界电流”等对测量结果的影响.本测量中所用的脉冲磁场之一,可以产生高于400kG的场强,磁体有效孔径为25mm,脉冲宽度为15.6ms.     

非对称波导结构提高980nm激光二极管电光效率的机理研究

采用高电流注入条件下的载流子扩散方程和复折射率波导模型情况下的亥姆霍兹方程,对980nm高功率激光二极管外延材料的非对称和对称波导结构的光吸收损耗进行了理论计算。采用低压金属有机化学气相外延技术制备了两种波导结构的外延材料,并制作了激光器件,进行了光电特性测试和对比分析。理论计算和实验结果表明:与对称波导结构相比,非对称波导结构外延材料并未减小光吸收损耗,而是减小了串联电阻,因而降低了器件的焦耳热损耗,从而提高器件的电光效率。     

基于RLCπ型等效模型的互连网络精确焦耳热功耗计算

基于互连网络的RLC π型等效模型,考虑电感的屏蔽作用和非理想的阶跃激励,提出了互连线网络在斜阶跃激励下的焦耳热功耗计算方法,极大地简化了互连网络中电流和功耗的表达式. 基于90 nm金属氧化物半导体(CMOS)工艺的互连参数对所提出的计算方法进行了计算和仿真验证,对于上升信号小于1 ns的情况,计算结果与Hspice仿真结果的误差小于3%,具有很高的精度,适合应用于大规模互连网络中的功耗估算和热分析.     

从“卡”的变迁议热的本质

能量、功和热量的国标单位都是“焦耳”,基本上结束了“卡”这一古老单位。早在18世纪中叶,卡就作为热的量度单位,比焦耳的出生年代(1818)早了近半个世纪,然而它终于还是被“焦耳”所取而代之了。通过“卡”的历史变迁,从一个侧面反映出人们对热现象本质的认识过程。 1 “热质说”与“卡”的引入 早在17世纪,玻意耳、牛顿、培根、笛卡儿     

高安全ITER高温超导电流引线的分流器材料选择

当高温超导失超后其电流由分流器承载,分流器材料的选择将影响电流引线冷端热负荷和运行费用.本文通过不同金属材料物性的对比计算,寻找最佳的分流器材料,使得ITER巨型超导磁体的高温超导电流引线运行可靠和费用最低.分流器横截面积确定基于分流器与Bi-2223基体AgAu的电阻率对失超后电流分配比,这样保证超导体转入电阻态后分流器分流大部分电流,同时由于分流器具有很好热沉作用,抑制超导体温度迅速上升,从而避免超导材料烧毁或过热.     

基于电池热特性及产热行为的新型锂离子电池评价

建立了一种新的基于锂离子电池热特性及产热行为的电池性能评价方法. 通过测量一系列不同容量及电极材料的18650电池在不同充放电时间及电流下其充放电能量的变化,建立了一个包含焦耳热与极化热影响因子的表达电池在充放电过程中的能量损失的模型. 利用这种模型,计算出电池总内阻R以及极化参数′,并且对R及′在不同温度下的变化情况进行了研究,建立一个对不同电池和不同温度都适用的普适性模型.     

超导直流电缆的短路冲击特性分析

柔性直流输电应用场景逐渐丰富,超导直流输电作为一种新型输电技术,具有零电阻的优势,但直流网侧短路故障对超导电缆的冲击效应有待进一步研究。研究了Bi2223超导带材及其绕制的电缆短样在直流冲击作用下电阻、电压随电流的变化规律,总结出试样的短路冲击特性,并针对Bi2223带材与电缆的特性差异进行理论分析,得出电缆铜骨架结构能有效抑制直流冲击下的焦耳热生成,为超导直流电缆的优化设计和故障分析提供了理论依据。