Question

【題目】閱讀《超導(dǎo)材料》

超導(dǎo)材料

1911 年，荷蘭科學(xué)家昂內(nèi)斯（Onnes）用液氦冷卻水銀時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度下降到 4.2K（-268.98℃時(shí)）時(shí)，水銀的電阻完全消失。1913 年昂內(nèi)斯在諾貝爾領(lǐng)獎(jiǎng)演說(shuō)中指出:低溫下金屬電阻的消失“不是逐漸的，而是突然的”，水銀在 4.2K 進(jìn)入了一種新?tīng)顟B(tài)，由于它的特殊導(dǎo)電性能，可以稱(chēng)為超導(dǎo)態(tài)。后來(lái)他發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述水銀相類(lèi)似的低溫下失去電阻的特性，這種現(xiàn)象稱(chēng)為超導(dǎo)電性，達(dá)到超導(dǎo)時(shí)的溫度稱(chēng)為臨界溫度，具有超導(dǎo)電性的材料稱(chēng)為超導(dǎo)材料或超導(dǎo)體。

1933 年，邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，如果把超導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中冷卻，則在材料電阻消失的同時(shí)，外加磁場(chǎng)也無(wú)法進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)，形象地來(lái)說(shuō)，就是磁感線將從超導(dǎo)體中被排出，不能通過(guò)超導(dǎo)體，這種抗磁性現(xiàn)象稱(chēng)為“邁斯納效應(yīng)”。

根據(jù)臨界溫度的不同，超導(dǎo)材料可以被分為:高溫超導(dǎo)材料和低溫超導(dǎo)材料。但這里所說(shuō)的“高溫”只是相對(duì)的，其實(shí)仍然遠(yuǎn)低于冰點(diǎn) 0℃，對(duì)常溫來(lái)說(shuō)應(yīng)是極低的溫度。20 世紀(jì) 80 年代是超導(dǎo)電性探索與研究的黃金年代。1981 年合成了有機(jī)超導(dǎo)體，1986 年繆勒和柏諾茲發(fā)現(xiàn)了一種成分為鋇（Ba）,鑭（La）、銅（Cu）,氧（0）的陶瓷性金屬氧化物，其臨界溫度提高到了 35K。由于陶瓷性金屬氧化物通常是絕緣物質(zhì)，因此這個(gè)發(fā)現(xiàn)的意義非常重大，繆勒和柏諾茲因此而榮獲了 1987 年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。后來(lái)包括中國(guó)在內(nèi)的世界上部分國(guó)家又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)臨界溫度 100K以上的高溫超導(dǎo)材料。

高溫超導(dǎo)材料的用途非常廣闊，由于其具有零電阻和抗磁性，用途大致可分為三類(lèi):大電流應(yīng)用（強(qiáng)電應(yīng)用）、電子學(xué)應(yīng)用（弱電應(yīng)用）和抗磁性應(yīng)用。大電流應(yīng)用即前述的超導(dǎo)發(fā)電、輸電和儲(chǔ)能;電子學(xué)應(yīng)用包括超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)天線、超導(dǎo)微波器件等；抗磁性主要應(yīng)用于磁懸浮列車(chē)和熱核聚變反應(yīng)堆等。請(qǐng)根據(jù)上述材料回答下列問(wèn)題:

（1）許多金屬和合金具有在低溫下會(huì)失去電阻的特性，這種現(xiàn)象稱(chēng)為超導(dǎo)電性，達(dá)到超導(dǎo)時(shí)的溫度稱(chēng)為_____溫度。

（2）超導(dǎo)體_____（選填“適合”或“不適合”）用來(lái)制作電飯鍋的發(fā)熱裝置。

（3）如圖所示，在甲、乙兩圖中能表示“邁斯納效應(yīng)”的是_____圖。

（4）高溫超導(dǎo)材料的超導(dǎo)電性可以應(yīng)用于_____。

Answer 1

【答案】臨界 不適合 乙 大電流應(yīng)用：超導(dǎo)發(fā)電、輸電和儲(chǔ)能

【解析】

（1）許多金屬和合金，當(dāng)溫度下降到某一值時(shí)，其電阻完全消失。這一溫度稱(chēng)為臨界溫度。

（2）超導(dǎo)體沒(méi)有電阻。根據(jù)焦耳定律，導(dǎo)體沒(méi)有電阻，通電時(shí)就不會(huì)發(fā)熱，所以超導(dǎo)體不適合用來(lái)制作電飯鍋的發(fā)熱裝置。

（3）文中提到：“如果把超導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中冷卻，則在材料電阻消失的同時(shí)，外加磁場(chǎng)也無(wú)法進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)，形象地來(lái)說(shuō)，就是磁感線將從超導(dǎo)體中被排出，不能通過(guò)超導(dǎo)體，這種抗磁性現(xiàn)象稱(chēng)為‘邁斯納效應(yīng)’。”故能表示“邁斯納效應(yīng)”的是乙圖。

（4）高溫超導(dǎo)材料具有零電阻特性，即超導(dǎo)電性，可以應(yīng)用于大電流應(yīng)用：超導(dǎo)發(fā)電、輸電和儲(chǔ)能。