超导材料

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所属分类:科学故事
摘要

我们日常生活中使用的一切物质都具有电阻,这是一般的常识。但是,当物体的温度逐渐降低到绝对零度(零下273.15℃)附近时,其电阻会变成零。这就是超导现象。超导现象是1911年荷兰科学家温奈斯发现的,他用液氦在零下269.03℃下(即绝对温度4.12K,摄氏0度相当于绝对温度273.15K)冷却水银时,发现水银电阻完全消失。此时如果在水银中有感应电流,就会一直保持下去。他还制成了超导磁铁,想产生强磁场。但当电流增加到一定程度时,就破坏了超导状态。此时的磁场叫临界磁场。此外,超导还有临界温度,临界电

  我们日常生活中使用的一切物质都具有电阻,这是一般的常识。但是,当物体的温度逐渐降低到绝对零度(零下273.15℃)附近时,其电阻会变成零。这就是超导现象。

  超导现象是1911年荷兰科学家温奈斯发现的,他用液氦在零下269.03℃下(即绝对温度4.12K,摄氏0度相当于绝对温度273.15K)冷却水银时,发现水银电阻完全消失。此时如果在水银中有感应电流,就会一直保持下去。他还制成了超导磁铁,想产生强磁场。但当电流增加到一定程度时,就破坏了超导状态。此时的磁场叫临界磁场。此外,超导还有临界温度,临界电流密度共三个临界约束值。在不超过这三个临界值的状态下,超导现象才会发生。

  由于超导体具有的奇妙特征,人们立即对它产生了浓厚兴趣,发现高临界转变温度的超导材料的竞赛在各国之间展开。1954年制成的铌锡合金转变温度为零下252.7℃,1975年制成的铌锗合金转变温度为零下249.75℃,到了80年代末更是掀起一股超导热潮,超导转变温度的纪录不断被打破。1990年9月中国超导研究中心制成的锑铋系材料的临界温度为零下151.15℃,为目前国际最高纪录。在提高转变温度的同时,人们也在研究提高另外两个临界值。美国阿尔贡国家实验室已使超导体的电流密度提高到105A/cm(A为安培,cm为厘米),并且在30TC(特斯拉)的强磁场中仍具有超导性质(1特斯拉等于1万高斯)。

  超导材料具有引人注目的用途。

  因为超导体没有电阻,在电流流过时就不会因为发热而损失电能,因此采用超导电线可以实现远距离无损耗输电,这样电站就可以远离居住区,使我们的生活区更加洁净。

  超导体中每平方厘米可以流过几十万安培的强大电流,因而可产生很强的磁场而且消耗的电能很少。日本用超导体产生17.5万高斯的强磁场,加上冷却用电也仅为15KW。这种强磁场是实现受控热核反应的关键之一。

  用超导体制成的超导发电机的功率可比目前发电机高100倍以上;超导磁悬浮列车的时速每小时已达550公里;高速超导电子计算机的计算速度每秒可达几百亿次以上。

  超导体有可能为我们这个世界带来新的技术革命,所以目前世界各国都把超导研究列为重点攻关项目,以期早日迈入超导时代。迄今为止,已有8位科学家因为研究超导体而获得了诺贝尔奖。

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