低溫為什么能發(fā)生超導呢?基于初中知識,我們建立一個簡易模型進行理解,將導體的原子核與核外受到約束的電子(能量較低而不能自由運動〉組成“原子實”,可類比成小球。原子實做著熱運動,穿行其間的自由電子會與它發(fā)生碰撞,表現(xiàn)為導體對自由電子傳導的阻礙,即電阻。導體溫度降至極低時,它們的熱運動都趨于消失,通電時自由電子就可以不受阻礙地定向通過導體,宏觀上就發(fā)生了低溫超導現(xiàn)象。
高壓也能讓材料發(fā)生超導。理論上,某種導體在相當于260萬倍標準大氣壓的高壓環(huán)境下,15℃的“高溫”(相對極低溫)也能發(fā)生超導現(xiàn)象。在這樣極高的壓力下,原子實排列成緊密的堆垛形式,如圖所示,原子實僅能在很小的范圍內做熱運動,幾乎沒有空間表現(xiàn)熱運動,就像熱運動消失了一般。此時原子實堆垛間的間隙就成為了穩(wěn)定的自由電子通道。通電時自由電子就能在間隙中零阻礙地定向移動,宏觀上就顯示出超導現(xiàn)象。
常見輸電過程中,約7%的電能因導線發(fā)熱耗散掉。若輸電線纜選用超導材料,就可大大減少由于電阻引發(fā)的電能損耗。2021年12月,世界首條35千伏公里級液氮超導輸電線工程在上海投運,實現(xiàn)了我國在“高溫”超導輸電領域的領先。
次數(shù) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
電壓U/V | 0.8 | 1.0 | 1.2 | 1.4 | 16 |
電流I/A | 0.08 | 0.10 | 0.14 | 0.16 |
次數(shù) | 動力F1/N | 動力臂l1/cm | 阻力F2/N | 阻力臂l2/cm |
1 | 2 | 12.0 | 1 | 24.0 |
2 | 2 | 5.0 | 1 | 10.0 |
3 | 3 | 10.0 | 2 | 15.0 |
4 | 3 | 12.0 | 3 | 18.0 |
①分析表中的數(shù)據(jù),歸納出杠桿的平衡條件是(用表格中的字母表示)。多次實驗的目的是(選填“A”或“B”);
A.尋找普遍規(guī)律 B.減小實驗誤差
②如圖乙,此時在右側鉤碼下端加掛一個鉤碼,杠桿會(選填“左端下沉”或“右端下沉”);