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超导体处于主导地位

科普小知识2021-10-08 17:31:47
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超导体最重要的特征是当电流通过它们时,电阻为零。对于某些类型的金属(尤其是钛、钒、铬、铁和镍),当电流在特别低的温度下通过它们时,电阻为零。在普通导体中,通过导体的大部分电流由于电阻而变成热能,因此被“消耗”。在超导体中,实际上没有电阻,所以一旦电流被接通,理论上就不会被中断。在由超导*成的电磁体(当电流通过时产生电磁场的线圈)组成的电路中,理论上只有一个电流馈入电路,因此电磁场可以在电路中连续流动。当然,这实际上是一种损失,不可能实现这种“永久运动”。有必要考虑必要的能量输入,以便超导体能够保持产生零电阻所需的底部温度状态(即-269℃,比绝对零度高4℃)。然而,自20世纪80年代初以来,新的材料被发现。这种新材料可以在接近常温的条件下形成超导体。为了获得基于这些物质的超导体,所有国家都在进行各种研究。这种材料和传统材料的区别在于它不需要冷却系统。1911年,荷兰人海克·卡姆灵·昂内斯(1853-1926)发现了超导现象。几十年来,没有人能够解释。半个世纪后,一个令人信服的理论解释出现了,即物理学家约翰·巴丁(晶体管的发明者之一)、利昂·库珀和约翰·施里弗在1957年宣布的“BCS理论”。电流是一种围绕金属离子流动的*电子,即带有额外正电荷的原子。产生电阻是因为离子阻碍了电子的流动,而阻碍是由原子自身的热振动和它们在空间位置的不确定性造成的。在超导体中,一对对的电子组合形成了所谓的“库珀对”,每一个电子都以单个粒子的形式存在。不管金属离子的阻力如何,这些粒子都成团流动,就好像它们是液体一样。这样,几乎所有潜在的阻力因素都被中和了。公共导体中会发生什么上面的图片形象化了导电的概念,就像球体(电子)的运动一样。它在斜面上流动(斜面相当于导体),障碍物代表金属离子的不规则网络结构,不允许电子*流动。这就是阻力形成的原因。电子与全金属离子碰撞,并输出部分能量,然后转化为热量。超导体会发生什么?超导体中的电子在所谓的“库珀对”中被两两组合在一起,它们表现为单个粒子,这也是气体分子可以聚集成液体形式的原因。超导电子作为一个整体以液体的形式出现。尽管金属离子振荡和不规则的金属离子网络造成了障碍,但它可以不受影响地*流动。