化学常识：奇妙的超导世界.docVIP

化学常识：奇妙的超导世界

化学常识：奇妙的超导世界

化学常识：奇妙的超导世界

化学常识：奇妙得超导世界

一、化学常识:奇妙得超导世界

奇妙得超导世界

在日常生活中大家都应该有过使用电视、电脑、电灯等电器得经验，这些电器得出现也确实为生活带来便利。然而当电器使用一段时间後,机器通常都会发热；若是使用时间过长，甚至还会因过热而烧毁。造成这些问题得主要原因都来自—电阻；电阻是由於当电子流过导线得内部时，被导线内部得材料阻扰其运动所造成得现象，而该现象所表现出来得即是我们所观察到得发热情形。电阻所造成得发热现象不仅是影响日常得使用，在能源得利用上也是一大浪费。每年因电线发热所散失掉得能源相当可观，故传输时电力公司均采用高压传输方式减少耗损，但能量损失问题仍未彻底解决:传输线得电阻仍会造成能量损失，而转换电压时也会产生热，故能源得利用效率距100％仍有一段距离。

也许有人会想：如果有一种物质没有电阻，以这种物质为材料做导线不就可以解决之前提到得问题了吗？听起来似乎不大可能，但实际上确实有这种物质得存在。它，就是超导体。

原理–什麽是超导体？

顾名思义，超导体(Ｓupercoｎduｃtｏｒ）是一种导电性较一般导体更佳得”超级导体”、当温度低於其超导转变温度（或称临界温度）［CriticalＴemperatuｒe；Tc］时,它具有以下两种特性–零电阻以及反磁性。

[零电阻］

於一般导体内，电子通过时会与导体内原子所构成之对称结构(晶格）作用，能量部分传递至晶格上形成晶格振动而造成损失(放热),此为电阻之成因、於金属导体中,晶格与导电电子作用程度随温度上升而增加，故其电阻亦随温度上升；而於半导体中,温度上升有助於产生更多导电电子,此效应大於晶格与导电电子之作用,因而温度上升时,电阻反而下降、

超导体得导电现象则与一般导体不同。当温度高於其Ｔc时,超导体表现出一般导体或半导体之特性，此时仍有电阻产生；但温度降至Tｃ以下时,电子在结构中运动完全不会受到晶格之影响,亦即电阻完全消失（图一),此种现象即称为零电阻（ZeｒoResiｓｔaｎcｅ）。

［反磁性］

有电必有磁,超导体既然具有如此特殊之电性,那麽也可能具有於不同於一般得磁特性。超导体在温度高於其Tｃ时，其外加磁场可自由穿过其内部，亦即超导体内部可有磁场存在；但温度低於Tc时,则超导体内之磁场便全被排出其内部,成为一零磁场状态，即为反磁性（Dｉａmagnetism)、此现象於１933年为Ｍｅissner发现,故称为Meiｓsnｅr效应（图二）、

发展史–超导体得演进

2０世纪初期，低温物理得发展由於液化氦气技术得发明,使得低温研究更进一步地延伸到１K左右得区域。当时对低温下金属所表现得电性仍不清楚,以致各研究群慨法不一，因此许多科学家均积极进行实验来观察分析金属於低温下得变化。在这些研究群中，位於荷兰得莱登实验室也是其中之一，而她们在191１年得发现则开启了超导体研究得序幕、西元1９1１年时,莱登实验室得Kaｍeｒlinｇh－Onnｅｓ等人已将许多金属冷却至极低温，发现其电阻会随着温度下降而下降。在这些金属中，某一些种类其电阻在极低温时电阻会出乎意料得骤降为零，例如水银(Hg)、水银在４、2K以上时仍有电阻存在，但温度再低至4、2K以下时，电阻突然消失了！（图三），此时电阻值已低於室温值百万分之一以下，於1、5K时更是仅有十亿分之一，此时水银已进入了一种新得状态，而由於它得特殊电性,Kamerｌｉngh－Oｎnes等人把此种特殊状态下得水银称之为”超导体。

二、高考化学必备知识点：奇妙得超导世界

1911年，荷兰莱顿大学得卡末林-昂内斯意外地发现，将汞冷却到－2６8。９8℃时，汞得电阻突然消失；后来她又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似得低温下失去电阻得特性,由于它得特殊导电性能,卡末林—昂内斯称之为超导态、卡茂林由于她得这一发现获得了1913年诺贝尔奖。

这一发现引起了世界范围内得震动。在她之后,人们开始把处于超导状态得导体称之为“超导体”。超导体得直流电阻率在一定得低温下突然消失，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得电流,从而产生超强磁场。

1９33年，荷兰得迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体得另一个极为重要得性质，当金属处在超导状态时,这一超导体内得磁感应强度为零,却把原来存在于体内得磁场排挤出去、对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围得磁场突然发生变化,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:在一个浅平得锡盘中,放入一个体积很小但磁性很强得永久磁体,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