大家好，欢迎收看我的百家号萌萌说说说，今天小编要给大家介绍的是超导体——科学研究的温床。超导体将某种材料的温度降到足够低时,它们阻碍电流的能力,即电阻,就会消失。这时,它们就成了超导体,电流可以从中畅通无阻地通过。超导体被用于制造发电机、成像设备以及粒子加速器,尽管科学家仍然不清楚其原理。发电站生产的电有10%到15%都被浪费掉了,这部分电在通过传输电的铜电缆时,会以热量形式散发出去。超导体消除了这种损耗,能零损失地将电流传输到任何地方。即便是最好的普通导体都有电阻,阻碍电流传输,并使部分电以热量形式散发掉(因此,电器开着不关时会发热)。但在年,认为电阻必然存在的观点被颠覆了。荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯(HeikeKamerlinghOnnes)当时正在研究水银导线的电性能。为了研究电流在超低温下通过导体的情况,他将水银导线的温度不断往绝对零度(-.15℃)下调。这时候,昂内斯发现了一些不同寻常的事情。他即将作出改变世界的发现昂内斯注意到,当温度降低时,导线的电阻也在减小。一些科学家曾认为这种情况下会发生相反的事情,金属中的自由电子会被冻住,从而导致电阻变大。但昂内斯不这么看,他正确地预测了这种情况下电阻会减小,不过是慢慢减小。因此,当距离绝对零度还有42K时,水银的电阻突然消失了,这让昂内斯感到惊讶。水银导线中没有任何东西阻碍电流,电流可以在导线中自由流动,水银变成了完美的导体。昂内斯将这种新的物质状态命名为“超导性”。年,昂内斯也因其发现获得了诺贝尔物理学奖。BCS理论超导体研究的难点在于解释其原理。年,美国伊利诺伊大学的物理学家约翰·巴丁(Johnbardeen)、利昂,库珀(LeonCooper)和罗伯特,施里弗(Robertschrieffer)做到了这一点,提出了BCS理论(以三人姓氏的首字母命名)三人因此获得了年的诺贝尔物理学奖。BCS理论认为,在普通导体中,带负电的电子从父原子中逃离,携带电流通过导体。原子晶格因热量而震荡,与电子碰撞,从而阻碍了电流,这就是电阻。降温能减少震动,从而减小电阻。而在超导体中,电阻完全消失了。在超导状态下,电子结成库柏对(Cooperpairs),能自由在晶格中流动。大致来说就是,每个电子的负电荷都会吸引带正电的原子,从而扭曲晶格,形成局域的高正电荷区,将下个电子拉向前方,从而让电流流动。当时最好的超导体是用普通元素和合金制成的,但即便如此,也需要温度接近-℃时才能实现超导,这需要液氦等成本高昂的超低温冷却液。提高临界温度年,在IBM瑞士分公司工作的约翰内斯·格奥尔格·贝德诺尔茨(JohannesGeorgBednorz)和卡尔·亚历山大米勒(KarlAlexanderMuller),发现了一种温度更高的替代品。这种新的超导材料是陶瓷与铜的混合物。尽管其临界温度,即出现超导性的最高温度,仍然在零度以下,但已经够高了,可以用液氮来冷却实现,比使用液氨便宜得多。问题是,他们不知道这些高温超导体的工作原理是什么,这些材料很明显超出了BCS理论的解释范畴。但这并没有阻止这一发现的大量应用。巨型超导环可长时间存储电流,且不会有损耗,因为没有电阻的阻得,电流能一直流转。每个这种超级电池都能保存约20兆瓦时的电,可以在高峰时段充满电网。年12月,目本的MLXO1磁悬浮列车的最高时速达到了惊人的千米。而它之所以能做到这点,正是因为强大的超导磁铁让列车悬浮在空中,从而极大地减小了摩擦力。其原理是迈斯纳效应,该现象由德国物理学家瓦尔特·迈斯纳(Waltherleissner)与罗伯特·奥克森菲尔德(RobertOchsenfeld)于年发现。他们发现超导体会排斥自身内部的所有磁场。这意味着放在超导体上方的磁铁会悬浮在半空中,因为其磁场被下方材料推到上方或推出去了。势不可挡的超导体超导体未来可能的应用包括超导发电机,发电机能以接近%的效率将输入力,如核反应堆的高压蒸汽,转化成电力。物理学家计算表明,单是在欧洲的发电站里安装这些超导发电机,就可以每年减少万吨的碳排放。在未来十年里,超导体将成为一门大生意,全球超导体市场规模预计将在年达到亿美元。截至年春,-℃仍然是超导体所能达到的最高临界温度。我们的终极梦想是创造出能在室温下运作的超导体。但目前没有理论可以解释更高温度超导现象的原理,也没人知道是否存在这种可能性。不管怎样,超导体仍然是科学研究的温床,也是气候变化和能源生产等重大世界性问题的一个解决方案。

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkzp/7913.html