在電能傳輸過程中,由于導線電阻的存在,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,科學愛為此傷透了腦筋,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年科學愛發現在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,科學愛稱為超導態。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。請看一個有趣的實驗:把由三條銅腿支撐著的鉛碗浸入液氦中,這時溫度為4K,鉛進入超導狀態,當永久磁棒靠近鉛碗表面時,奇怪的現象發生了,磁棒懸空漂浮在碗的上面。這是由于鉛碗的完全抗磁性產生了足夠大的排斥力,與磁棒受到的重力相平衡的緣故。
長期以來,人們發現的超導體只能低溫液氦區(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辟了廣闊的前景。
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,超導獎在能源、通信、計算機、醫療、交通各個領域中大顯身手,為人類造福。
使用高溫超導線材的高溫超導電纜損耗低,不用絕緣油,沒有環境污染,使用方式靈活,可以減少電力運行成本。高溫超導電纜比常規電纜所傳送的電力要高三到五倍(相同截面時),可以滿足城市不斷增長的電力需求。地下高溫超導電纜在不能安裝架空線路環境中可以代替架空線路。在特殊場合,原有常規地下電纜不能進行擴容時可以用高溫超導電纜代替,封閉母線也適合于用高溫超導電纜代替。
超導線材原理是:在很低的溫度下,物體的所有的電子速率降低,價電子運轉在固定的平面上,達到臨界溫度;價和電子運轉速率越來越低,核心習慣于常溫下的核外電子快速運轉;