非凡的超导家族

晏紫

超导体是啥东西

今天的科技课，刘老师给大家播放了电影《阿凡达》，其中有这样一个场景：一座座悬浮在云端的哈利路亚山，山上爬满粗壮的藤蔓，还有壁挂飞天的瀑布和神秘的大鸟，神奇的哈利路亚悬浮山还时常在空中发生移动。电影结束后，刘老师问大家：“你们知道是什么神秘的力量‘托起这一座座大山的呢？”

“不知道！”刘潇予想都没想就喊了出来。

望了一眼大家后，刘老师说：“电影中解释的是山中温藏着一种神奇的室温超导矿石，它借助附近的强大磁场悬托起了哈利路亚山。”

“老师，什么是超导体呢？我们的现实生活中是否也存在这种超能量的室温超导体呢？”王彬彬连着问了多个问题。

“我们冬天手冷的时候，用手在一起搓一搓就暖和了，这就是摩擦生热的道理。电器在使用时，电器、电线也会发热，这是因为电流和电器、电线也发生了‘摩擦，这种‘摩擦就是电阻的来源。电阻产生的热量极大地浪费了电能。据说，我国每年比发达国家在输电线上多损失的电就有450亿度，相当于中部一个省全年的用电量。而这一切的根源，就是电阻的存在。室温超导体，即为室温下电阻为零的导体。超导，顾名思义就是超级导电的意思，指的是某些材料在降到某一温度以下时，电阻突然消失为零的现象，这个温度称为超导临界温度（或超导转变温度）。1908年，荷兰莱顿实验室的昂内斯等将最难液化的气体——氦气成功液化（液氦的沸点为4.2K）。随后在1911年4月8日，昂内斯等人测量金属汞在低温下的电阻时，惊讶地发现当温度降至4.22～4.27 K时，汞的电阻突然下降到仪器测量不到的最小值，基本可认为是零电阻态。第一个超导体——金属汞就此被发现。”

“哇！原来是这么一回事，这下我明白了！物理真的有意思！”姜一一非常兴奋。

超导家族的“真本事”

“刘老师，你能跟我们讲一讲目前使用的超导材料有哪些吗？”姜一一意犹未尽，继续问道。

“目前的超导材料主要有四种：金属和合金超导体、铜氧化合物超导体、重费米子超导体和有机超导体。”刘老师继续说道。

“刘老师，超导材料到底有多大的本事？让科学家如此痴迷于对它的研究。”刘潇予想知道更多。

“作为20世纪最伟大的科学发现之一，超导体具有零电阻和完全抗磁性等一系列神奇的物理特性，在科学研究、信息通信、工业加工、能源存储、交通运输、生物医学乃至航空航天等领域均有重大的应用前景。我国每年的输电损耗就达1 000亿度左右，如果采用超导输电线就可以节省相当于数十个发电厂的电力。采用超导输电还可以简化变压器、电动机和发电机等热绝缘并保证输电的稳定性，提高输电的安全性。在生物学研究和临床医学上采用的高分辨核磁共振成像技术大都采用了超导磁体；随着高温超导体转变温度的记录不断地刷新，将来的超导磁悬浮列车将走进我们的生活，提供更为高速、稳定和安全的轨道运输。”刘老师滔滔不绝地说了很多。

超导家族的新成员

“你们听说过超导磁悬浮滑板吗？”刘老师问大家。

一听到老师提到他们最喜欢的运动项目——滑板，这下可有得说了，刘潇予马上说道：“老师，我们都是爱运动的好学生，关于运动方面的资讯，我们都很关注呢！”

“那你们知道超导磁悬浮的原理吗？”刘老师继续问他们，然后说道：“超导体有一种特性——完全抗磁性。超导体对外磁场的‘抗拒会产生作用力，同时外磁场对超导体也存在反作用力，而且越靠近磁体，该作用力增加得越多，因此将超导体置于磁场上方的合适高度就可以达到抗磁力与重力的平衡，从而把超导体悬浮在空中——这就是超导磁悬浮的原理。”

“老师，我刚刚在网上搜索了一下，好像超导家族的成员不止四种，还有一种铁基超导体。”

“嗯！很不错！你能够学以致用，还知道关注科技的发展！继续好好学习吧！”刘老师肯定了他们的学习精神。

（责任编校：贺年青）