特定温度下，电阻为零的状态，被称作超导，超导现象始终是国际物理学界研究的热门焦点，吸引着众多顶尖物理学家探寻其中的奥秘，自1911年荷兰科学家昂内斯首次揭示超导现象以后，据统计，至少有5届诺贝尔物理学奖授予了研究超导的物理学家 。
超导磁悬浮现象
日常能见到的输电线缆，会在输送电力时，因为导线存在电阻而不可避免地产生热效应，通常有7%输送的电能会转化为导线发热从而耗散掉，超导技术的一大应用前景是用来制作输电导线。
存在一笔数额不算小的损失，2019年时中国全社会的用电量是72255亿千瓦时，按照工业平均电价每千瓦时等于0.725元来计算，在一年之内仅仅输电线路上所损失的社会财富就已然达到了3667亿人民币，要是使用超导体去做输电导线，那么这项电能损耗便能够被节省下来，故而，超导技术有着未来巨大的经济前景。
2020年，人类首次创造出材料，该材料在15℃室温条件下处于超导状态 。一个美国研究团队，把碳、氢、硫混合材料加压到267±10GPa，这相当于200多万倍标准大气压 ，此时实现了室温超导现象，其转变温度高达287.7±1.2K，也就是约15℃ 。
在此情形之前，人类所发觉的超导材料一般而言是需要在零下 150℃以下的低温环境之中才能够进入到超导状态的，此次的室温超导再度激发出了人们把超导技术引入到实用范畴的希望。然而，尽管此次的超导研究破除了低温的限制，可是却又在另外一个方面引入了极为苛刻、无比严格的条件——高压 。
这样的压力，其倍数相当于标准大气压的260万倍，它超越了深海位于最深处那儿的海水压力，能够与之相提并论的，仅有地球中心部位的压强。若想要创造出如此高的压强，就得使用那最坚硬的物体金刚石去做砧板，并且还要配合大体积压机用以提供压力。
金刚石对顶砧
可是，人类当下对超导的基本原理，认知尚不够完备，实验发现一直领先于理论，诸多高温超导现象，至今都欠缺完美理论阐释。并且，对磁学道理说明，往往要借助量子力学、玻色–爱因斯坦凝聚态等极为高深的物理学理论。
对于中学生而言，有没有一种办法能够让他们理解超导现象的原理？笔者立足于中学阶段所掌握的物理知识在此处进行极为粗浅的类比，以此来解释为什么低温的状态能够产生超导？为何施加高压同样也能够产生超导？
在我们进行电学学习之际，知晓了导线之中电流得以产生是源于自由电子做定向移动，而在单位时间里，通过导线截面的电子所携带的电荷量便是电流。由此，电流具备决定式I=neSv，其中n表示单位体积内自由电子的数目，e是电子电荷，S为导线的横截面积，v是电子定向运动的速度。
拿铜当作例子来说，铜在单位体积之内的电子数n等于8每立方厘米，e是1.6乘以10的负19次方库仑，直径为1毫米的铜导线当中通过1安培电流的时候，依据电流的决定式能够计算出自由电子定向移动的平均速率v是7.4乘以10的负5次方米每秒。能够看出导体当中自由电荷定向移动的平均速率是很小的。
自由电荷水流模型
不管金属导体里头的自由电子是不是在外加电压的作用之下出现定向移动，它一开始就具备剧烈的无规则热运动，依据金属经典电子理论，电子热运动跟气体分子运动是一样的，电子热运动的平均速率存在以下公式：
在（某个）式子当中，k它（代表）的是波尔兹曼常数物业经理人，这个k，其数值等于1.38乘以10的负23次方焦耳每开尔文，那电子的质量m呢，它是0.91乘以10的负30次方千克，而T所表示的是热力学的温度。依据公式能够计算得出，当温度达到27摄氏度，也就是热力学温度300K（的时候），电子热运动的平均速率为1./s 。
尽管电子进行热运动的平均速率是很大的，然而从其宏观所呈现的效果方面来看，自由电子跟导体分子之间的相互碰撞，并不会致使导体因为加热而出现温度升高的情况。这是由于电子与导体分子处于同一个热平衡状态，所以电子热运动所具有的动能不会转移至分子上。
另一方面，导体中自由电子定向移动的平均速率虽小，可这表明外加电压电场对自由电子是做功的，而且增加了自由电子的总体平均速率与动能，如此便打破了自由电子和导体分子原本所处的热平衡状态。电子同导体分子发生碰撞时高中物理电导，会使一部分电子运动的动能转移到分子上，进而提高导体分子热运动的速率，从宏观角度看，就呈现出导体上产生电流的热效应，也就是焦耳热。
要是我们将电势差拿来类比成高度差，把自由电子定向移动类比作水流，那导体的电阻便能够类比为水管对水流的摩擦阻力，电流越大表明水流的速度越快，电阻越大意味着管道的摩擦阻力越大，流经管道的水流的压力下降得就越快，如此便产生了欧姆定律 。
摩擦生热
和摩擦阻力发挥的作用一样，鉴于摩擦会产生热量，摩擦阻力把动能转变成了热能，电阻同样能够将自由电子沿特定方向移动的动能转化为热能，这样一来便有了焦耳定律Q=IRt。
导体材料在微观层面存在着各种各样的晶格结构，这意味着，能够想象为，各类元素的球状原子核依照一定的规律进行排列堆垛，并且，这些原子核持续进行着杂乱无章、毫无规则的热运动，而穿行在其间的电子，如同各类障碍闯关类游戏里的角色那般，会受到各种各样的打击干扰。
当导体的温度降低到极低的程度，原子核热运动的动能下降之时，而且电子热运动的动能也下降的时候，可以去想象，就如同下图所见之下的各种障碍物，都停止了摆动干扰的情况，电子不规则热运动四处随机碰壁的那种现象也消失不见了，之后电子就能够不受阻碍地进行定向通过导线的行为，进而产生宏观意义上的超导现象，这样的情况就在一定的程度之上解释了低温超导这种现象呐。
糖豆人躲避摆锤障碍
但是，这又引发了另外的一个问题，一般情况下，我们觉得压力越大的时候，阻力应当越大，然而，为何处于高压状态反而能够产生超导现象，进而把金属导体的电阻降低到0 ？
现今的解释主要是以下三点：
1、材料在高压条件下体积减小的同时增大了自由电子的浓度；
2、材料于高压状况下，晶格结构发生相变，此即为各元素原子核排列堆垛形式出现变化，进而产生超导相组织 。
3、又或者高压条件极大增强了有利于超导的某种相互作用。
如何用中学物理
来理解这件事？
起初，原子核以及处于其外面、受到约束的那些电子，这些电子能量较低所以无法自由运动，它们共同构成了原子实。能够想象，在高压这种情形之下，因为具备压力作用，原子间的距离会收缩，原子实存在热运动，并且其热运动的平均自由程受到极大限制，这意味着相邻原子连续两次发生碰撞之间所通过的平均距离被缩减到极其短的程度。原子实全部紧密地排列着，全都在一个很小的范围里面剧烈然而高频地振荡着。
小球振荡模型
把原子实比作小球，起初，小球于两板间，以速度v来回作弹性碰撞，其运动的距离即为热运动的平均自由程，当两板皆朝中间压缩，直至距离等同于小球直径，这时，小球尽管依旧存有速度与动能，然而却没有空间来展现热运动，从某种层面来讲，恰似热运动消失了一样。
在极其高的这种压力之下，定向作运动的电子已然不可能从那两个原子核球心连线的地方通过，所有作定向移动的电子都得从如同图中所示原子堆垛的缝隙当中通过。在这个时候，原子堆垛间的空隙就变成了稳定的电子通道，当中作定向运动的电子即便与原子发生碰撞，也没办法把电子动能转化成原子的热运动能量，之所以这样，是因为原子所能够拥有的热运动平均速度也已经在外界压力之下达到了极限，原子之间的晶格结构极度刚性致使无法产生任何改变。
原子晶格畸变会在高压下，于一个电子每传递一份动能给原子时，立刻恢复，并且会把这一份动能传递给路过的一个自旋相反的电子。所以电子在原子缝隙隧道中进行定向运动，其动能在整体上不会有损失，受到的阻碍作用降为0，宏观上便显示出超导现象。
原子堆垛间隙模型
尽管这种模型极为简单粗糙，并且与量子力学凝聚态物理的成熟理论并不相符，然而这已然是能让中学生理解超导现象的最为便利的模型了。这同时也说明了科学家为何要去尝试各种各样的材料，施加极大的压力，用以改变原子晶格结构，在特定温度压力下达成最致密堆垛从而找寻有可能的超导材料。
关于超导与诺贝尔奖高中物理电导，是罗会仟著的刊物作品由自然杂志所出版发行，时间是在2017年 。
《令人震惊！超导技术被运用到输电线路上，到底节省了多大量的电力损耗呢？》，这是央视走近科学栏目。
2020年，关于中国全社会用电量、发电量以及新增发电装机容量的分析属于国家统计局年鉴 。
嗯，E等人，586页，373至377页（2020年），数字对象标识符（DOI）：10.1038／－020－02895－0 。
高中物理选修3-1 教师用书 人民教育出版社
授课老师卢云深，其毕业于清华大学，先是取得了机械工程与自动化学士学位，而后又获得了该校材料科学与工程专业硕士学位，在新东方智慧学堂授课 。