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超导现象1911年,荷兰物理学家昂尼斯发现,水银的电阻率并不像预料的那样随温度降低逐渐减小,而是当温度降到4.15K附近时,水银的电阻突然降到零.某些金属、合金和化合物,在温度降到绝对零度附近某一特定温度时,它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象.能够发生超导现象的物体叫做超导体.超导体由正常态变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度)Tc.现已发现大多数金属元素以及数以千计的合金、化合物都能在不同条件下显示出超导性.如钨的转变温度为0.012K,锌为0.75K,铝为1.196K,铅为7.193K.
经典理论对超导现象产生的原因无法解释,为了从微观上对这一现象进行解释,花费了固体物理学家近半个世纪的心血,直到1957年才由巴丁、库珀和施里弗建立了完整的超导微观理论.为此,他们荣获了1972年的诺贝尔物理学奖.
我们知道,在大的电磁铁或电机中,通过线圈的电流很强,为了避免产生过多的热量,线圈就必须用较粗的线绕或采取冷却措施.如果用超导体做线圈,就可以避免这种缺点.现在用超导体制造电机方面的研究工作已取得较大的进展.
超导电缆的研究应用,也有很大进展.超导电缆埋在地下,损耗小,有利于节约能量,保护环境和节约土地.
超导现象在高能物理领域也有重要的应用.用超导线圈制成的电磁铁能产生强大的磁场,对于核聚变时约束等离子体和粒子加速器实验装置都有很大用处.
目前阻碍超导现象大规模应用的主要问题是它要求低温.如果能得到在室温下工作的超导材料,可能会使整个工业的发展发生巨大的变化.对新的超导材料的研究工作,我国已走在世界的前列.
结合文中的内容,回答以下问题:
(1)什么是超导体?
(2)超导体有什么应用?
(3)超导体目前不能大规模应用的原因是什么?
查看习题详情和答案>>(1)2010上海世博会英国馆是由6万根透明亚克力杆组成--这些杆的顶端都带有一个细小的彩色光源.白天,亚克力杆会将室外的光线导入来提供内部照明,从而营造出敞亮的空间感,到了晚上顶端的光源又使整个展馆散发出璀璨迷人的光影.如图1所示.请简述亚克力杆如何将光线从外界传导到馆内;
(2)2010上海世博会期间,气温较高的世博园区内许多区域都安装了喷雾降温装置,喷雾装置采用物理的方式,以水为原料,利用高压,将其以较高的速度输送到喷嘴,撞击喷嘴中的撞针后形成直径4微米左右的雾滴.请简述喷雾降温的原理;
(3)电阻式触摸屏将矩形区域中触摸点(X,Y)的物理位置转换为代表X坐标和Y坐标的电压.电阻式触摸屏有两层电阻,当未在触摸屏上施力时,两层电阻不接触.当有物体在触摸屏表面施以一定的压力时,上层电阻与下层电阻发生接触,该结构可以等效为如图2(a)所示的电路.此时在Y+、Y-之间加驱动电压,测量X+电压,如图2(b)所示;然后在X+、X-之间加驱动电压,测量Y+电压,如图2(c)所示.利用两次测得的电压值可获得接触点的坐标.
现在有一块长10厘米,宽6厘米的手机触摸屏,以其中心为原点建立坐标轴,则触点坐标X方向的范围是[-3厘米,3厘米],Y方向的范围是[-5厘米,5厘米].触摸屏的驱动电压为5伏.一位同学用笔按在屏上某点,当Y+电极施加驱动电压时,测得X+电极的电压为3.2伏;当X+电极施加驱动电压时,测得Y+电极的电压为1.5伏.请通过计算判断笔按在触摸屏上位置的坐标.
(4)2010年上海世博会大量使用LED发光二极管.小明设计了一个研究LED发光二极管特性的实验,他采用滑动变阻器改变阻值的方法,用电压表和电流表测LED发光二极管两端的电压UD和通过它的电流I,得到一组数据记录,如下表中所示:
| UD/V | 0 | 0.4 | 0.8 | 1.2 | 1.6 | 2.0 | 2.6 | 2.8 | 3.0 | |
| I/mA | 0 | 0.9 | 2.3 | 4.3 | 6.8 | 13.0 | 15.8 | 24.0 | 28.2 | 37.0 |
①数据表中有一电压表的数据空白,根据图3电压表的示数完成填写空白;
②用笔画线表示导线,在下图4中连接实验器材画出小明实验的实物图;
③在I-U图5上用描点法画出LED发光二极管的伏安特性曲线;
④已知该LED发光二极管的最佳工作电压为2.5伏,现用5伏稳压电源供电,需要串联一个电阻R才能使二极管工作在最佳状态,试在I-U图上画出R的图线.
阅读材料: 电冰箱
有些电冰箱利用了一种叫做氟利昂的物质作为热的“搬运工”,把冰箱里的“热”“搬运”到冰箱的外面。氟利昂是一种既容易汽化又容易液化的物质。汽化时它吸热,就像搬运工把包裹扛上了肩;液化时它放热,就像搬运工把包裹卸了下来。
图表示出了电冰箱的构造和原理。液态氟利昂经过一段很细的毛细管缓慢地进入冰箱内冷冻室的管子,在这里迅速汽化、吸热,使冰箱内温度降低。生成的蒸气又被电动压缩机抽走,压入冷凝器,再次液化并把从冰箱内带来的热通过冰箱壁上的管子放出。氟利昂这样循环流动,冰箱冷冻室里就可以保持相当低的温度。
在距地面20~50km 的高空有一层叫做臭氧的物质,它能大量吸收太阳辐射来的对生命有害的紫外线,是地球上的生物得以生存和进化的重要条件。由于电冰箱总有一天会损坏,其中的氟利昂最终将散到大气中,破坏臭氧层,对地球的生态环境构成威胁。为了保护人类生存的环境,1987 年在世界范围内签署了限量生产和使用这类物质的《 蒙特利尔议定书》 。现在己经研制出氟利昂的代用品如R134a 、环戊烷等。我国在1991 年签署了《 蒙特利尔议定书》,正在全面落实议定书中的条款。
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通过阅读上述材料回答下列问题:
(l)小明发现自己家新买的电冰箱背面时冷时热,入夏后更是热得厉害,他怀疑冰箱有质量问题,你认为他的怀疑有道理吗?为什么?
(2)上述电冰箱会破坏臭氧层吗?
(3)如果打算带着外包装把上述电冰箱搬到室内,屋子的门至少要多宽。
(4) 若搬运工把该冰箱从1 楼搬运到3 楼,大约要做多少功。
(5)该冰箱正常工作一个月(按30 天计算)消耗多少电能。
(6)你是否能对该冰箱提出点改进建议。
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热敏电阻
热敏电阻器是敏感元件的一类,按照温度特性不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。PTC热敏电阻器在温度越高时电阻值越大,NTC热敏电阻器在温度越高时电阻值越低。目前普遍使用的热敏电阻器中有陶瓷热敏电阻器和有机材料热敏电阻器。图甲、乙分别为这两种热敏电阻的阻温曲线图。![]()
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热敏电阻常用在过流保护上。室温下电阻较小,而当电路因短路或过载故障而出现过大电流时,热敏电阻由于发热功率增加导致温度上升,当温度超过一定值(转变点)时,电阻瞬间剧增,回路中的电流迅速减小到安全值而起保护作用。当故障排除后,热敏电阻还可正常使用,所以其又经常被人们称为自恢复保险丝。当温度超过转变点温度时,电阻随温度变化更大的更适宜制作自恢复保险丝。
热敏电阻还可用在温度控制及温度补偿上。生活中的电蚊香加热器(如图丙)就是采用图甲所示的陶瓷热敏电阻代替电热丝作为恒温加热器的。它的工作原理如图丁,当把电蚊香片放入后,接上电源即可对其加热驱蚊、灭蚊。航天器在太空工作,当进入地球阴影时温度会急剧降低,航天器上的一些金属电阻元件的阻值会减小,而当太阳直射时温度又会升得很高,它们的阻值会增大。这一问题对于需要精确工作的航天器而言,常常是致命的伤害。为了防止这一现象的发生,可以串联一个热敏电阻对其进行补偿。
(1)图甲中的陶瓷热敏电阻在温度低于170℃时具有_________(PTC/NTC)效应。
图乙中的有机材料热敏电阻属于_______(PTC/NTC)热敏电阻。
(2)航天器在太空工作,需给金属电阻元件串联一个__(陶瓷/有机材料/NTC)热敏电阻对其进行补偿。
(3)在电路正常时,自恢复保险丝消耗的电功率很________。
(4)制作自恢复保险丝适宜选择____________(陶瓷/有机材料/NTC)热敏电阻。
(5)当将图丙所示的电蚊香加热器接入电路后,其功率随时间变化的图象最可能的是( )![]()
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热敏电阻
热敏电阻器是敏感元件的一类,按照温度特性不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。PTC热敏电阻器在温度越高时电阻值越大,NTC热敏电阻器在温度越高时电阻值越低。目前普遍使用的热敏电阻器中有陶瓷热敏电阻器和有机材料热敏电阻器。图甲、乙分别为这两种热敏电阻的阻温曲线图。
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热敏电阻常用在过流保护上。室温下电阻较小,而当电路因短路或过载故障而出现过大电流时,热敏电阻由于发热功率增加导致温度上升,当温度超过一定值(转变点)时,电阻瞬间剧增,回路中的电流迅速减小到安全值而起保护作用。当故障排除后,热敏电阻还可正常使用,所以其又经常被人们称为自恢复保险丝。当温度超过转变点温度时,电阻随温度变化更大的更适宜制作自恢复保险丝。
热敏电阻还可用在温度控制及温度补偿上。生活中的电蚊香加热器(如图丙)就是采用图甲所示的陶瓷热敏电阻代替电热丝作为恒温加热器的。它的工作原理如图丁,当把电蚊香片放入后,接上电源即可对其加热驱蚊、灭蚊。航天器在太空工作,当进入地球阴影时温度会急剧降低,航天器上的一些金属电阻元件的阻值会减小,而当太阳直射时温度又会升得很高,它们的阻值会增大。这一问题对于需要精确工作的航天器而言,常常是致命的伤害。为了防止这一现象的发生,可以串联一个热敏电阻对其进行补偿。
(1)图甲中的陶瓷热敏电阻在温度低于170℃时具有_________(PTC/NTC)效应。
图乙中的有机材料热敏电阻属于_______(PTC/NTC)热敏电阻。
(2)航天器在太空工作,需给金属电阻元件串联一个__(陶瓷/有机材料/NTC)热敏电阻对其进行补偿。
(3)在电路正常时,自恢复保险丝消耗的电功率很________。
(4)制作自恢复保险丝适宜选择____________(陶瓷/有机材料/NTC)热敏电阻。
(5)当将图丙所示的电蚊香加热器接入电路后,其功率随时间变化的图象最可能的是( )![]()
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