什么是超导?超导技术有什么好处?

什么是超导?超导技术有什么好处?

1911年,荷兰莱顿大学的卡末林—昂内斯意外地发现,将汞冷却到-268.98°C时,汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性,由于它的特殊导电性能,卡末林—昂内斯称之为超导态.卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖. 这一发现引起了世界范围内的震动.在他之后,人们开始把处于超导状态的导体称之为“超导体”.超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失,被称作零电阻效应.导体没有了电阻,电流流经超导体时就不发生热损耗,电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流,从而产生超强磁场. 1933年,荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质,当金属处在超导状态时,这一超导体内的磁感兴强度为零,却把原来存在于体内的磁场排挤出去.对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时,锡球周围的磁场突然发生变化,磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了,人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”. 后来人们还做过这样一个实验：在一个浅平的锡盘中,放入一个体积很小但磁性很强的永久磁体,然后把温度降低,使锡盘出现超导性,这时可以看到,小磁铁竟然离开锡盘表面,慢慢地飘起,悬浮不动. 迈斯纳效应有着重要的意义,它可以用来判别物质是否具有超导性. 为了使超导材料有实用性,人们开始了探索高温超导的历程,从1911年至1986年,超导温度由水银的4.2K提高到23.22K（0K=-273.15°C；K开尔文温标,起点为绝对零度）.1986年1月发现钡镧铜氧化物超导温度是30K,12月30日,又将这一纪录刷新为40.2K,1987年1月升至43K,不久又升至46K和53K,2月15日发现了98K超导体.高温超导体取得了巨大突破,使超导技术走向大规模应用. 超导材料和超导技术有着广阔的应用前景.超导现象中的迈斯纳效应使人们可以到用此原理制造超导列车和超导船,由于这些交通工具将在悬浮无摩擦状态下运行,这将大大提高它们的速度和安静性,并有效减少机械磨损.利用超导悬浮可制造无磨损轴承,将轴承转速提高到每分钟10万转以上.超导列车已于70年代成功地进行了载人可行性试验,1987年开始,日本国开始试运行,但经常出现失效现象,出现这种现象可能是由于高速行驶产生的颠簸造成的.超导船已于1992年1月27日下水试航,目前尚未进入实用化阶段.利用超导材料制造交通工具在技术上还存在一定的障碍,但它势必会引发交通工具革命的一次浪潮. 超导材料的零电阻特性可以用来输电和制造大型磁体.超高压输电会有很大的损耗,而利用超导体则可最大限度地降低损耗,但由于临界温度较高的超导体还未进入实用阶段,从而限制了超导输电的采用.随着技术的发展,新超导材料的不断涌现,超导输电的希望能在不久的将来得以实现. 现有的高温超导体还处于必须用液态氮来冷却的状态,但它仍旧被认为是20世纪最伟大的发现之一. [编辑本段]超导现象 物体在低温出现超导现象是因为在温度很低的时候,原子核的运动被易子气束缚在很小的范围内,原子与原子形成弹性晶格状,原子只能在晶格中有微弱的振动,内层电子在这些晶格之间做振动,外层自由电子无法将能量传递给原子核,自由电子与巨大的弹性晶格相碰撞,无法将自己的能量转变成巨大弹性晶格的内能,所以无能量损失.在磁场中,只有超导体的外部直接与磁场接触的部分可以被磁化,超导体表现出完全抗磁性.