《2025年基础训练大象出版社九年级物理全一册人教版》

超导现象
低温为什么能发生超导呢？基于初中物理知识,我们建立一个简易模型以便理解。将导体的原子核与核外受到约束的电子(能量较低而不能自由运动)组成“原子实”,可类比成小球。原子实做着热运动,穿行其间的自由电子会与它发生碰撞,表现为导体对自由电子传导的阻碍,即电阻。导体温度降至极低时,它们的热运动都趋于消失,通电时自由电子就可以不受阻碍地定向通过导体,宏观上就发生了低温超导现象。
高压也能让材料发生超导。理论上,某种导体在相当于 260 万倍标准大气压的高压环境下,$15\ ℃$的“高温”(相对极低温)也能发生超导现象。在这样极高的压力下,原子实排列成紧密的堆垛形式,如图 16.3 - 6 所示,原子实仅能在很小的范围内做热运动,几乎没有空间表现热运动,就像热运动消失了一般。此时原子实堆垛间的间隙就成为了稳定的自由电子通道。通电时自由电子就能在间隙中零阻碍地定向移动,宏观上就显示出超导现象。

常见输电过程中,约$7\%$的电能因导线发热耗散掉。若输电线缆选用超导材料,就可大大减少由于电阻引发的电能损耗。2021 年 12 月,世界首条 35 千伏公里级液氮超导输电示范工程在上海投运,实现了我国在“高温”超导输电领域的领先。
请根据上述材料,回答下列问题。
(1)实现超导现象的方式有低温和高压。
(2)极低温度下,原子实与自由电子的热运动都趋于消失,通电时自由电子在导体中通行无阻,发生低温超导现象。
(3)超高的压力限制了原子实的热运动,通电时自由电子在原子实间隙中定向移动所受到的阻碍为零,发生高压超导现象。

答案：
(1)高压
(2)自由电子
(3)零