1. 阅读短文,回答问题:

高温超导低压直流电缆

高温超导低压直流电缆是一种新型电缆,采用高温超导材料,能够在低温下实现零电阻,从而减少电缆输电过程中的能量损耗,同时具有承栽能力大、占用空间小等优点;在输电方面,高温超导低压直流电缆大大提高了电能传输的效率,减少了电能礼,

2023年11月20日,国内首条高温超导低压直流电缆在江苏苏并网投运,填补了我国在超导电缆低压直流系的应用空白。该项目使用的铜氧 (YBCO) 第二代高温超导带材为国产化材料,其特点是使超导界温度提高到 90K(-183.15℃), K 为温度的另一个单位“开氏度"。当温度低于临界温度 90K(-183.15℃)时, 该材料实现超导,电阻为零。结合杜瓦管的低温技术,实现超导电缆系统核心材料的国产化,杜瓦骨结构如图。

高温超导低压直流电缆在国内首次采用正负极同轴的方式,相当于2根电缆合二为一,是目前结构最紧凑的超导电缆,其好处是,电缆中相反的电流方向使得正负极产生的磁场相互抵消,实现完全碰场自屏蔽,从而消除对外电磁干扰,并且在故障状态下可兼具限流器作用,保护系统中其他电气设备,使电力系统更可靠。

与相同电压等级的常规电缆(PVC钢芯)相比较,截面积不到常规电缆的一半,由于制冷和漏热会带来一定能量损耗,但整体损耗只有常规电缆的十分之一(补充:液氮的沸点是-196.56℃)

(1) 以下关于高温超导低压直流电缆的优点说法正确的是____. (多选): A. 减少利用电缆输电过程中的能量损耗 B. 承载能力大、占用空间小 C. 提高了电能传输的效率
(2) 常规电缆一般横截面积会比较大,这是为了
(3) 在广东某地-10℃的自然环境下,根据材料分析,钇钡铜氧材料(选填“可以"或“不可以")实现超导,杜瓦管的作用就是让导体实现在自然环境下常温超导,杜瓦管中的液氮主要作用是 (选填“制冷”或“保温”);
(4) 发电厂使用常规电缆给某片区供电时,输电过程损耗约为5%,该片区一个月消耗电能1.9x106kW·h,则发电厂需要提供电能kW·h,如果使用高温超导低压直流电缆输送这些电能,与采用常规电缆供电相比,发电厂一个月能节约元(每1kW·h 的电能发电成本约0.3元)。
【考点】
影响电阻大小的因素; 超导体特点及作用; 电功的计算;
【答案】

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2. 阅读《超导现象》,回答问题。

超导现象

金属的电阻随温度的升高而增大,当金属的温度降低时,它的电阻减小。1911年,荷兰物理学家昂内斯在测定水银在低温下的电阻值时发现,当温度降到-269℃左右时,水银的电阻变为零,这种现象叫超导现象。并不是所有物体都会发生超导现象,而能够发生超导现象的物质,也需要极低的温度才能使其电阻转变为零,物质电阻变为零的温度称为超导转变温度。以下是几种材料的超导转变温度:

物质

水银

超导转变温度/℃

-271.6

-265.97

-269.43

-268.99

-273.14

我国于1989年已成功发现超导转变温度为-141℃的超导体材料,并且第一代材料已经研究成熟,第二代材料由于其成本低更适用于产业化运作而被市场看好;超导产品品类也逐渐增加,现已进行产业化运作的有超导电缆、超导限流器、超导滤波器、超导储能等。虽然我国整体超导研发水平与国际尚有一定的差距,但部分领域已经处于国际先进水平。

目前,各国科学家还在继续研究超导转变温度更高的超导体材料,以将超导应用到日常生产和生活中去。回答下列问题:

(1)金属的电阻随温度的降低而,许多金属具有在低温条件下失去电阻的特性,这种现象称为超导现象,达到这一现象的温度称为

(2)-270℃可以使变为超导体(选填一种材料即可);

(3)请指出超导材料的一个应用:

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3. 物体电阻与温度的关系

当温度不断升高,物体的电阻是否会不断变大,最终变成无限大呢?其实,不同材料的物体情况各有不同。

金属导体,如铁、钢等,其电阻率(电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量)随温度的升高而变大。这是因为温度升高,金属材料中自由电子运动的阻力会增大,电阻就会不断变大。到了一定温度,物态开始发生变化,例如:从固体变成液体,再从液体变成气体。在物态变化时,由于原子的排列变得更为混乱、分散,电阻率还会出现跳跃式的上升。

半导休,由于其特殊的晶体结构,所以具有特殊的性质。如硅、锗等元素,它们原子核的最外层有4个电子,既不容易挣拖束缚,也没有被原子核紧紧束缚,所以半导体的导电性介于导休和绝练休之间。但温度升高,半导体原于最外层的电子获得能量,挣脱原子核的束缚成为自由电子,可供其他电子移动的空穴增多,所以导电性能增加,电阻率下降。掺有杂质的半导体变化较为复杂,当温度从绝对零度上升,半导体的电阻率先是减小,到了绝大部分的带电粒子离开他们的载体后,电阻率会因带电粒子的活动力下降而稍微上升。当温度升得更高,半导体会产生新的载体(和未掺杂质的半导体一样),于是电阻率会再度下降。

绝缘体和电解质,它们的电阻率与温度的关系一般不成比例。

还有一些物体,如锰铜合金和镍铬合金,其电阻率随温度变化极小,可以利用它们的这种性质来制作标准电阻。

当温度极高时,物质就会进入新的状态,成为等离子体。此时,原于被电离,电子溢出,原子核组合成离子团,因此即使原本物质是绝缘体,成为等离子体后也可导电。

如果温度更高会是什么情况?据报道,美国能源部布鲁克海文国家实验室下属的研究小组,利用相对论重离子对撞机成功地制造出有史以来最高温度,该极端状态产生的物质成为新的夸克胶子混合态,其温度约为四万亿摄氏度,是太阳核心温度的25万倍。这种物质存在的时间极短(大约只有10s~28s),所以它的电性质尚不明确。

总之,物体电阻与温度之间的关系非常复杂,温度升高到一定程度时,物体的电阻并不一定会变得无限大,使得电流完全无法通过。

请根据上述材料,回答下列问题:

(1)绝缘体成为等离子体后(选填“能够”或“不能”)导电;

(2)本文的第二自然段,研究的科学问题的自变量是温度,因变量是

(3)一般情况下,随着温度的升高,下列说法正确的是

A.金属导体的导电性能会增强

B.半导体材料的电阻率可能会减小

C.用镍铬合金制成的滑动变阻器的最大阻值几乎不变

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