前天中午一邊吃飯一邊坐在電腦前看《格致論道》的學術演講，這期的演講是由中國科學院物理研究所帶來的，演講的題目是《量子的愛情你不懂》。儘管講量子的部分看得似懂非懂，不過前面演示的幾個關於超導體的科學小實驗卻讓我記憶非常深刻。

圖片來源：中科院《格致論道》演講之

《量子的愛情你不懂》

主講人：中科院物理所副研究員 羅會仟

今天我們就陪孩子一起來了解一下超導體。

我們先來說說超導體是怎麼被發現的。早在18世紀，人們認為有些氣體是不能被液化的，比如氫氣、氦氣等，並且給它們取了個有趣的名字，叫做“永久氣體”，意思就是這些氣體永遠都是氣體，不可能變成液體或者固體。

不過這個觀點很快就被推翻了。1908年，荷蘭一所大學的某個低溫實驗室成功將最後一種“永久氣體”氦氣液化，並獲得了4K（開爾文）的超低溫，換算成攝氏度的話，就是-268。95℃。

在掌握了低溫技術後，該實驗室還有了一項重大的新發現，當溫度稍低於4。2K時，純汞的電阻突然消失了。於是，人們就將

某一溫度下電阻為0的導體稱之為超導體

。

日本研製的超導懸浮列車

補充說一下，在物理學上，導體對電流的阻礙作用就叫該導體的電阻，用符號Ω表示。導體的電阻越大，表示導體對電流的阻礙作用越大。而且不同的導體，電阻大小是不同的。一般來說，對於同一種導體，導體長度越長、橫截面積越小、溫度越高，其電阻就越大。

也許有小朋友會問了，電阻有什麼負面影響嗎？在實際應用中，電阻的確會給我們帶來許多不必要的麻煩，比如在

電力傳輸中帶來電能的損耗

，

會使電子元器件產生熱量

影響執行效能

等。

完全導電性是超導體最大的特性之一

。沒有了電阻，電流流經導體時就不會產生不必要的電能損耗，也不需要考慮電子元器件的散熱問題。

有資料顯示，用銅或鋁導線輸電，大約有15%的電能損耗在輸電線路上。如此推算，我國每年的電力損失就高達1000多億度。如果將傳統銅鋁電線改為超導輸電，那麼節省的電能就相當於新建幾十個大型發電廠所生產的電能。

除了完全導電性，超導體還有另外一個很重要的特性——完全抗磁性

，通俗來講就是在磁場強度低於臨界值的情況下，當一個磁體和一個處於超導態的超導體相互靠近時，磁體的磁場會使超導體表面中出現超導電流。

此超導電流在超導體內部形成的磁場，恰好和磁體的磁場大小相等，方向相反。這兩個磁場抵消，使超導體內部的磁感應強度為零，宏觀表現為超導體可以懸浮在磁鐵上，於是就出現了文章開頭所提到的實驗現象。

下面這個影片是美國伊薩卡學院低溫物理實驗室開展的關於超導的實驗。

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影片來源：The Low Temp Physics Lab

利用超導的這一特性，日本於1979年在試驗鐵路宮崎線上進行了超導列車載人可行性試驗，最高時速達517千米。

好了，今天關於超導的話題就先聊到這裡，祝大家週末愉快，也提前祝天下所有的小朋友六一兒童節快樂！

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