非凡的超導家族

晏紫

超導體是啥東西

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生移動。電影結束后，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礦石，它借助附近的強大磁場懸托起了哈利路亞山。”

“老師，什么是超導體呢？我們的現實生活中是否也存在這種超能量的室溫超導體呢？”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、電線也會發熱，這是因為電流和電器、電線也發生了‘摩擦，這種‘摩擦就是電阻的來源。電阻產生的熱量極大地浪費了電能。據說，我國每年比發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。室溫超導體，即為室溫下電阻為零的導體。超導，顧名思義就是超級導電的意思，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象，這個溫度稱為超導臨界溫度（或超導轉變溫度）。1908年，荷蘭萊頓實驗室的昂內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，昂內斯等人測量金屬汞在低溫下的電阻時，驚訝地發現當溫度降至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。第一個超導體——金屬汞就此被發現。”

“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。

超導家族的“真本事”

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

“目前的超導材料主要有四種：金屬和合金超導體、銅氧化合物超導體、重費米子超導體和有機超導體。”劉老師繼續說道。

“劉老師，超導材料到底有多大的本事？讓科學家如此癡迷于對它的研究。”劉瀟予想知道更多。

“作為20世紀最偉大的科學發現之一，超導體具有零電阻和完全抗磁性等一系列神奇的物理特性，在科學研究、信息通信、工業加工、能源存儲、交通運輸、生物醫學乃至航空航天等領域均有重大的應用前景。我國每年的輸電損耗就達1 000億度左右，如果采用超導輸電線就可以節省相當于數十個發電廠的電力。采用超導輸電還可以簡化變壓器、電動機和發電機等熱絕緣并保證輸電的穩定性，提高輸電的安全性。在生物學研究和臨床醫學上采用的高分辨核磁共振成像技術大都采用了超導磁體；隨著高溫超導體轉變溫度的記錄不斷地刷新，將來的超導磁懸浮列車將走進我們的生活，提供更為高速、穩定和安全的軌道運輸。”劉老師滔滔不絕地說了很多。

超導家族的新成員

“你們聽說過超導磁懸浮滑板嗎？”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生，關于運動方面的資訊，我們都很關注呢！”

“那你們知道超導磁懸浮的原理嗎？”劉老師繼續問他們，然后說道：“超導體有一種特性——完全抗磁性。超導體對外磁場的‘抗拒會產生作用力，同時外磁場對超導體也存在反作用力，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，從而把超導體懸浮在空中——這就是超導磁懸浮的原理。”

“老師，我剛剛在網上搜索了一下，好像超導家族的成員不止四種，還有一種鐵基超導體。”

“嗯！很不錯！你能夠學以致用，還知道關注科技的發展！繼續好好學習吧！”劉老師肯定了他們的學習精神。

（責任編校：賀年青）