非凡的超導(dǎo)家族

晏紫

超導(dǎo)體是啥東西

今天的科技課，劉老師給大家播放了電影《阿凡達》，其中有這樣一個場景：一座座懸浮在云端的哈利路亞山，山上爬滿粗壯的藤蔓，還有壁掛飛天的瀑布和神秘的大鳥，神奇的哈利路亞懸浮山還時常在空中發(fā)生移動。電影結(jié)束后，劉老師問大家：“你們知道是什么神秘的力量‘托起這一座座大山的呢？”

“不知道！”劉瀟予想都沒想就喊了出來。

望了一眼大家后，劉老師說：“電影中解釋的是山中溫藏著一種神奇的室溫超導(dǎo)礦石，它借助附近的強大磁場懸托起了哈利路亞山?！?/p>

“老師，什么是超導(dǎo)體呢？我們的現(xiàn)實生活中是否也存在這種超能量的室溫超導(dǎo)體呢？”王彬彬連著問了多個問題。

“我們冬天手冷的時候，用手在一起搓一搓就暖和了，這就是摩擦生熱的道理。電器在使用時，電器、電線也會發(fā)熱，這是因為電流和電器、電線也發(fā)生了‘摩擦，這種‘摩擦就是電阻的來源。電阻產(chǎn)生的熱量極大地浪費了電能。據(jù)說，我國每年比發(fā)達國家在輸電線上多損失的電就有450億度，相當于中部一個省全年的用電量。而這一切的根源，就是電阻的存在。室溫超導(dǎo)體，即為室溫下電阻為零的導(dǎo)體。超導(dǎo)，顧名思義就是超級導(dǎo)電的意思，指的是某些材料在降到某一溫度以下時，電阻突然消失為零的現(xiàn)象，這個溫度稱為超導(dǎo)臨界溫度（或超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度）。1908年，荷蘭萊頓實驗室的昂內(nèi)斯等將最難液化的氣體——氦氣成功液化（液氦的沸點為4.2K）。隨后在1911年4月8日，昂內(nèi)斯等人測量金屬汞在低溫下的電阻時，驚訝地發(fā)現(xiàn)當溫度降至4.22～4.27 K時，汞的電阻突然下降到儀器測量不到的最小值，基本可認為是零電阻態(tài)。第一個超導(dǎo)體——金屬汞就此被發(fā)現(xiàn)?！?/p>

“哇！原來是這么一回事，這下我明白了！物理真的有意思！”姜一一非常興奮。

超導(dǎo)家族的“真本事”

“劉老師，你能跟我們講一講目前使用的超導(dǎo)材料有哪些嗎？”姜一一意猶未盡，繼續(xù)問道。

“目前的超導(dǎo)材料主要有四種：金屬和合金超導(dǎo)體、銅氧化合物超導(dǎo)體、重費米子超導(dǎo)體和有機超導(dǎo)體?！眲⒗蠋熇^續(xù)說道。

“劉老師，超導(dǎo)材料到底有多大的本事？讓科學(xué)家如此癡迷于對它的研究?！眲t予想知道更多。

“作為20世紀最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，超導(dǎo)體具有零電阻和完全抗磁性等一系列神奇的物理特性，在科學(xué)研究、信息通信、工業(yè)加工、能源存儲、交通運輸、生物醫(yī)學(xué)乃至航空航天等領(lǐng)域均有重大的應(yīng)用前景。我國每年的輸電損耗就達1 000億度左右，如果采用超導(dǎo)輸電線就可以節(jié)省相當于數(shù)十個發(fā)電廠的電力。采用超導(dǎo)輸電還可以簡化變壓器、電動機和發(fā)電機等熱絕緣并保證輸電的穩(wěn)定性，提高輸電的安全性。在生物學(xué)研究和臨床醫(yī)學(xué)上采用的高分辨核磁共振成像技術(shù)大都采用了超導(dǎo)磁體；隨著高溫超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變溫度的記錄不斷地刷新，將來的超導(dǎo)磁懸浮列車將走進我們的生活，提供更為高速、穩(wěn)定和安全的軌道運輸。”劉老師滔滔不絕地說了很多。

超導(dǎo)家族的新成員

“你們聽說過超導(dǎo)磁懸浮滑板嗎？”劉老師問大家。

一聽到老師提到他們最喜歡的運動項目——滑板，這下可有得說了，劉瀟予馬上說道：“老師，我們都是愛運動的好學(xué)生，關(guān)于運動方面的資訊，我們都很關(guān)注呢！”

“那你們知道超導(dǎo)磁懸浮的原理嗎？”劉老師繼續(xù)問他們，然后說道：“超導(dǎo)體有一種特性——完全抗磁性。超導(dǎo)體對外磁場的‘抗拒會產(chǎn)生作用力，同時外磁場對超導(dǎo)體也存在反作用力，而且越靠近磁體，該作用力增加得越多，因此將超導(dǎo)體置于磁場上方的合適高度就可以達到抗磁力與重力的平衡，從而把超導(dǎo)體懸浮在空中——這就是超導(dǎo)磁懸浮的原理?！?/p>

“老師，我剛剛在網(wǎng)上搜索了一下，好像超導(dǎo)家族的成員不止四種，還有一種鐵基超導(dǎo)體?！?/p>

“嗯！很不錯！你能夠?qū)W以致用，還知道關(guān)注科技的發(fā)展！繼續(xù)好好學(xué)習(xí)吧！”劉老師肯定了他們的學(xué)習(xí)精神。

（責(zé)任編校：賀年青）