绝缘体

一文读懂室温超导,到底是个啥

发布时间:2024/12/12 20:40:58   
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今天许多人都被一个热词“室温超导”刷了屏,我也是一样。

打开手机,清一色的“第四次工业革命”、“全球物理界沸腾”、“人类命运将改写”...

一系列顶天高的帽子,看得我是一头雾水。

这玩意到底是个什么东西?我点开看了一堆博主的解读视频,结果却越看越懵。

全是老鼠钻进书箱里,咬文嚼字。

用我听不懂的专业名字,解释我听不懂的专业知识。

在好奇心的驱使下,我自己翻阅了不少资料,总算心里有点数。

下面我尝试着用讲人话的方式,给大家做个浅显的解读。

由于不是专业人士,细节之处难免有误,欢迎指正。

01

啥是导体

聊超导之前,先回忆下导体。

大家都学过物理,知道在电学层面,我们自然界中的物质,分为了导体和绝缘体。

导体,顾名思义,可以通电,传输电流。

我们家里的电器,街道上的路灯、高压线都是用电线串联起来。电线里面包裹着的铁、铜等金属材料就是导体。

但是,所有这些目所能及的导体,都有一个共同的东西,那就是电阻。

导体内部有电子,电子移动起来,就会形成电流。

可是电子在移动过程中,会与构成导体的原子产生碰撞。

这种碰撞会降低电子的速度,也会让原子的振动加剧。

产生的结果就是导体温度升高,电流降低。

所以现在明白了吧,你的手机为什么会在打游戏的时候越来越烫,越来越卡。

浅显的理解,由于原子的振动,电流在电线里面跑,是有损耗的,而且温度越高,电阻越大。

02

啥是超导

顺着这个思路,有人产生了大胆的想法,让原子不要振动,那电流通过不就就没有电阻了嘛?

可是怎么让原子不动呢?如果温度升高,原子振动加剧,那温度降低,给丫冻住呢?

就这样,科学家在低温条件下进行了一系列实验,发现真的可以实现0电阻!

在现行的温度计量单位下,0℃=.15K,T=t(摄氏温度)+K。

年,我国还是大清朝统治的时候,荷兰一位物理学家首次发现了0电阻的现象。

他把汞的温度降低到4.2K(-.8℃)时发现,其电阻降为了0,于是将这种现象称为“超导”现象。

此后,科学家们陆续发现,许多金属在低温条件下,具有超导属性。

直到年,荷兰的另外两名科学家再次发现了超导体的一大特性——排斥磁场。

磁场无法通过其本身,意味着超导体可以在磁场条件下,悬浮起来,这可太神奇了。

还记得阿凡达嘛,纳美克星上一座座悬浮的高山,就是超导体,由于地表的强磁场,悬浮了起来。

03

室温超导

看到这里,大家就明白“室温超导”的厉害之处了。

超导并非不可实现,但要在低温等极端环境下才可以,苛刻的条件对其工业化普及是不现实的。

这也意味着,倘若研究证实,可在室温之下制造出超导材料。那人类的工业体系将发生颠覆性的改革。

为什么这么说呢?因为它解决了当前人类社会的三大难题。

一、能源不足

制造能量最高效的方式,并非石油、天然气、风能、太阳能,而是核聚变。

地球上有用之不竭的水资源,如若可控核聚变实现突破,那么能源短缺、抢夺石油的问题将不复存在。

目前核聚变的一大瓶颈就是电阻过高。

反应堆内的温度能达到上亿摄氏度,常规的材料根本无法控制,只能采用强磁场约束。

但由于电阻的存在,许多转化的电能被热损耗消耗掉了,这也是当前核聚变转化效率不高的原因。

如若室温超导材料介入,情况就完全不一样了。

没有热损耗,核电站将不需要动辄上亿的冷却设备,全面商用推广将不是梦想,届时电力就像空气一样,源源不断。

二、电力传输

在正常状态下,传输能量时会产生电阻与热量,这导致了能量传递的损失和低效。

换句话说,电力传输问题,虽然已经解决,但能耗投资巨大。

三峡大坝每年发电亿,只能通过漫山遍野的高压线,传输祖国各地,中途损耗近三分之一。

有了室温超导材料,这些将不再是问题,没有了高压传输,运输成本也将进一步降低。

三、能源存储

在超导状态下,由于材料的0电阻特性,能够无损地传输大量能量,从而具备了高能量密度。

而高能量密度则利于储存能量。

一是减少了能量储存空间,二是可以快速的释放和传输能量。

能源利用率将被显著提高。

04

超导革命

总的来说,“室温超导”如若实现,能源问题将被彻底解决,所有用电的东西都要迎来革命。

想象一下,全世界有用之不竭的电,且价格低到忽略不计,社会将会发生什么变革?

海水可以被随意净化成饮用水。

电动车秒充电可行驶上千公里。

高铁磁悬浮化价格低廉速度快。

....

目前室温超导仍处于研究阶段,还面临着许多科学实践上的挑战。让我们来憧憬一下超导革命的美好场景吧。



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