正確答案:
歷史:在20世紀初,金屬導電理論認為:金屬電阻隨溫度降低而減小,同電子運動隨溫度的變化規律一致。按這種理論,溫度降到絕對零度時電子將「凝聚」在原子上,電阻為極大,金屬會成為絕緣體。
1908年,荷蘭萊頓大學的卡茂林-昂尼斯首次實現氮的液化,獲得了4.2K(-268.8℃)的低溫,為研究低溫條件下物質導電創造了條件。他發現幾種金屬導體(鉛、鋁)的電阻率隨溫度降低而減小,直至冷卻到液態空氣溫度80K時仍維持不變。
1911年,卡茂林-昂尼斯發現,將汞冷卻到-268.98℃時,汞的電阻突然消失;後來他又發現許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性。1913年,卡茂林-昂尼斯在諾貝爾領獎演說中指出: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進入了一種新狀態,由於它的特殊導電性能,可以稱為超導態。」
這一發現引起了世界範圍內的震動。在他之後,人們開始把處於超導狀態的導體稱為超導體。超導體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失,被稱作零電阻效應。導體沒有了電阻,電流流經超導體時就不發生熱損耗,電流可以毫無阻力地在導線中流動。這樣就能以極小的功率在線圈中通過巨大的電流,從而產生高達幾特以至幾十特的超強磁場,這是人們長期以來夢寐以求的。
發展:在電能傳輸過程中,由於導線電阻的存在,都要產生熱效應,白白地消耗了電能,還會給機器、設備造成損害,科學家為此傷透了腦筋,千方百計地探索電阻很小甚至為零的導體輸送電能。
在人類以自己的智慧和勞動踏入從未進入的低溫奇異世界時,1911年科學家發現在4.2K附近,水銀的電阻消失了,這就是通常所說的超導現象。這時水銀進入了一種新的狀態,電阻變為零,這種特殊的導電性質的物質狀態,科學家稱為超導態。從此揭開了研究超導的第一頁。超導現象這一偉大的發現,促使人們挖掘物質世界中超導電性所隱藏的最神秘的寶藏。
具有超導電性的物質叫超導體,超導體電阻突然變為零的溫度叫超導臨界溫度。至今已發現有28種元素、幾千種合金和化合物是超導體。超導體進入超導狀態時,不僅其內的電阻為零,而且體內的磁場也為零,表現出完全的抗磁性。
長期以來,人們發現的超導體只能在低溫液氦區(4K左右)工作,這就需要許多低溫設備和技術,費用很高且不方便,因而限制了超導體的應用。60年代開始,人們一直在探索把超導臨界溫度提高到液氮溫區(77K)以上的辦法,這就是高溫超導研究。1986年高溫超導研究取得了突破性的發展,科學家相繼發現了許多高溫超導物質。現在高溫超導體的臨界溫度已達到130K左右,使超導體已走出了液氦的陰影,為人類挖掘超導電性所隱藏的寶藏開闢了廣闊的前景。
現在超導的應用已闖入許多重要領域,如超導磁體、超導加速器、超導電動機等。但超導的廣泛應用還要克服許多障礙,超導世界的奧秘有待進一步揭示。有位超導專家說過:"如果在常溫下,例如300K左右能實現超導電現象,則將使現代文明的一切技術發生變化。"科學家正在超導世界中探索性能更好的高溫超導材料,研究高溫超導在技術上的應用。可以預見,超導將在能源、通信、計算機、醫療、交通各個領域中大顯身手,為人類造福。