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什麼是常溫超導體,有什麼用?


說的簡單一些,超導體就是低於某溫度時電阻為零的導體。常溫超導體,就是在常溫下電阻為零的導體。超導體還有一個特性,就是完全抗磁性。

現實中我們還沒有發現常溫下能穩定存在的超導體。

電阻為零,帶來的直接影響就是其通電不會發熱,沒有能量損耗。

不發熱就沒有能量的損耗。人們現階段發現的超導體基本上都是有一個臨界溫度的,並不能在常溫下實現超導。

如果發現了常溫下的超導體,那麼我們的電力傳輸過程就不再需要高壓電線了。因為把電加到高壓,就是為了減少傳輸過程中電線發熱的損耗。有了超導體做電線,我們的家用電器電源不需要是220V的電壓,甚至可以5V的電壓就可以使用。這樣電力的使用就會變得安全高效許多。

而且發電機也不再有損耗,使得火力或者水力發電有了更高的效率。

與此同時,我們的電腦運行速度會有一個質的飛躍。現階段常用的電腦隨著電路的溫度上升,運算速度下降。因為電腦的散熱主要還是和元器件的電阻有關,如果用超導體做晶體管,電阻為零了,那麼就不會散熱了。

抗磁性可以讓超導體完全「抵抗」磁力。

說的複雜了不好理解,說得簡單一些,就是磁力線完全穿透超導體,產生表面感應電流,形成一個新的磁場。由於是超導體,磁場給它多大的力,他就還回去多大的力。在地球上,如果這個力等於重力,那麼超導體就浮空了。

有的讀者就有疑問了,可不可以利用地球磁場製造出超導體飛行器呢?現階段應該不行,因為地球的磁場太弱了。

電影《阿凡達》大家都看過,大家知道人類為什麼去潘多拉星球上作死嗎?其實就是因為潘多拉星球上有這種常溫下的超導體,人類才去爭奪的。潘多拉星球上的這種常溫超導體和其星球本身的磁場互相作用,才有了漂浮的島嶼。(好久沒更新我的「看電影學知識系列」了)

不過這只是科幻,我們還是說一說現實中的科技吧。如果有了常溫穩定的超導體,或者其他更穩定的超導體。那麼我們就可以利用其抗磁性來建立一個完全封閉的強磁場。這個磁場就可以幫助我們在更安全的環境下使用核能,托卡馬克是前蘇聯科學家於20世紀50年代發明的環形磁約束受控核聚變實驗裝置。

全超導托卡馬克核聚變實驗裝置,就是我們新聞里看到的人造太陽。

等到這一技術有了突破,那麼核能汽車,核能手機電池就會進入我們的日常生活。

但是現如今,人類還無法解決維持低溫超導體低溫環境的耗能問題。有些情況下,某些材料可以在常溫下實現超導,但是需要有其他條件限制導致其不能穩定發揮超導的作用。所以近些年關於常溫超導體,室溫超導體的研究進展緩慢。

本文為科普性質,語言不嚴謹還請見諒,不足之處還請指出。


超導是指電阻為零的導體。當其通入電流時,不會以電阻產生熱能的形式,將電能耗散掉,而將產生出強大磁場(電流生磁),比普通螺線管產生的磁場強大的多。人類主要是用這個超導磁場可做非常多而大的應用。

那麼,它的產生機制是什麼呢?目前研究看,超導性來自於庫柏對,即兩電子(也可能更多電子)「粘連」在一起的狀態。這種狀態一般只能在低溫才行,也就是物質狀態大量減少,甚至到物質凝聚態。因此,從這個機理上講,常溫超導不可能。但是,我們都知道,溫度高低是物質狀態,或有序性的高低或多寡。實際上,當物質處于越有序性時,其溫度就等於越低。那麼,當我們能讓體系運動在某種有序性之下,也將可能使導體進入到超導狀態。這就是目前超導研究的一個嶄新方向。提供給有心之人。


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