搜索
科普阅读琚鑫41．1911年，荷兰科学家昂内斯(Onnes)用液氦冷却汞时发现，当温度下降到4.2K（－268.98℃时）时，水银的电阻完全消失。1913年昂内斯在诺贝尔领奖演说中指出：低温下金属电阻的消失“不是逐渐的，而是突然的”，水银在4.2K进入了一种新状态，由于它的特殊导电性能，可以称为超导态。后来他发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，这种现象称为超导电性，达到超导时的温度称为临界温度，具有超导电性的材料可称为超导材料或超导体。1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感线将从超导体中被排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。但这里所说的“高温”只是相对的，其实仍然远低于冰点0℃，对常温来说应是极低的温度。20世纪80年代是超导电性的探索与研究的黄金年代。1981年合成了有机超导体，1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡（Ba）、镧（La）、铜（Cu）、氧（O）的陶瓷性金属氧化物，其临界温度提高到了35K。由于陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质，因此这个发现的意义非常重大，缪勒和柏诺兹因此而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖。后来世界各国（包括中国）又陆续发现临界温度100K以上的高温超导材料。高温超导材料的用途非常广阔，由于其具有零电阻和抗磁性，用途大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用即前述的超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。（1）通过文章可知，实现金属成为超导体的必要条件是__________。（2）超导体__________（选填“可以”或“不可以”）用来制作白炽灯灯泡的灯丝。（3）如右图所示，表示迈斯纳效应的是（）（4）将一段常温下电阻为10Ω的银制电阻丝放置于3K的温度下，通过它的电流为4A，通电时间为1.5min时，所消耗的电能为__________J。AB从垃圾中获得能量垃圾是废物，人们都很讨厌它，处理垃圾也是城市建设的一个重大问题。但是，现在人们已经开始变废为宝，发挥垃圾的作用了。在匈牙利布达佩斯有一座垃圾焚烧站，它有四座燃烧炉，以天然气为燃料。每个炉子一小时可以烧15t城市垃圾。利用焚烧炉的火焰加热锅炉，所产生的蒸气可以带动一个发电机组。据计算，每燃烧1000t垃圾，可以得到20000kW·h的电能。这座垃圾焚烧站不仅可以处理10%的城市垃圾，而且可以提供电能，同时还向布达佩斯北面的供暖网输送250℃的过热蒸气。美国马里兰州也有一座城市动力厂，它就靠附近12个城市供应垃圾当燃料，生成蒸气专供一座工厂使用，每天可节省近30万公升燃料油。今后的垃圾发电厂，将请化学来帮助提高效率。用发出的一部分电来电解水，产生氢和氧。一部分氢可提高炉内燃烧温度，另一部分氢可作燃料出售，也可用来合成酒精和石油化工产品。新生的氧打进焚烧炉助燃。这样会使垃圾完全燃烧，减少对大气的污染。当然，焚烧垃圾都在严严实实的密封炉中进行，臭气在高温中分解，变成清烟，它是无臭、无害、无飞尘的。对烧不透的残渣还要经过磁清选，把漏网的金属颗粒截留下来加以利用。如果垃圾太多一时烧不完，可以把它们加工成燃料。例如，往垃圾内通入一氧化碳和蒸汽，加上催化剂，在高压下加热到400℃，一小时后每吨垃圾能“榨”出170kg燃料油；在氧气助燃下热解垃圾，能生成可燃的瓦斯气。也可以将垃圾有机废物压缩成煤球一样的块状，这是烧锅炉的好燃料。（1）垃圾发电站，是将垃圾的化学能，最终转化为______能，供人们使用；（2）垃圾和燃料油均完全燃烧，当放出的热量相同时，若燃烧的垃圾的质量多于燃料油的质量，则可以判断垃圾的热值______（选填“大于”、“等于”或“小于”）燃料油的热值。（3）按照匈牙利布达佩斯的垃圾焚烧了站，每座垃圾燃烧炉的效率设为η，当完全燃烧质量为m的垃圾时，可以提供的电能为W，请写出该垃圾的热值q的表达式：q＝__________；半导体（semiconductor），指常温下导电性能介于导体（conductor）与绝缘体（insulator）之间的材料。半导体在收音机、电视机、电脑以及测温上有着广泛的应用。如常见的发光二极管（LED）就是采用半导体制作的器件。半导体的导电性能会受到温度、光照、压力和掺加杂质等多种因素的影响。一些半导体在受到压力后，其导电性能发生较大的变化，利用这种特性，可以做成体积很小的力敏元件，用来测量压力的变化；一些半导体在温度升高时，它的导电性能迅速增强，利用这种特性，可以做出体积很小的热敏电阻，用来测量温度的变化，灵敏度较高。还有些半导体，在没有光照时，它不容易导电，有光照时又像导体那样导电，用它做成的光敏电阻可以用在需要光照反应灵敏的自动控制设备中。半导体是制造集成电路的重要材料，用扩散、光刻和真空镀膜等工艺可以在很小的半导体晶片上制成数目众多的晶体管、电阻等原件，组成具有强大功能的电路。为满足越来越多的便携式仪器设备的需要，很多集成电路越做越小。在半导体晶片上制作的元件也越来越小，越来越多，现在的计算机CPU已经可以集成几千万个晶体管，每秒运算几十亿次。有许多半导体发光二级管组成的显示屏幕，具有低工作电压（1.8－3V），亮度可用电流调节，耐冲击、抗振动，耐高温、抗高寒，寿命长（10万小时）等优点，所以在大型的显示设备中被广泛的应用，比如广场上的大屏幕电视，公路两旁的电子显示屏，比赛场的比分显示牌。LED已广泛应用在手电筒中。（1）将导体、半导体、绝缘体按照导电性能由强到弱排列是________________________；（2）用半导体发光二级管组成的显示屏幕，其优点都有哪些________________________________________________________________________________________________；（3）若将一个热敏电阻与一个标有PZ220－60的灯泡L1并联在家庭电路中，当温度升高时，灯泡L1的亮度将__________（选填“变亮”、“变暗”或“不变”）；若将它与L1串联在家庭电路中时，当温度降低时，灯泡L1的亮度将__________（选填“变亮”、“变暗”或“不变”）；