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“超导”的能力有多强?

科普小知识2022-07-09 16:23:07
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1987年1月29日,美籍华人科学家朱经武和其他人宣布他们首次获得了90 K以上的超导体。这是人类首次发现突破液氮温区(77 K)的超导体。那么,我们为什么要研究超导呢?

“超导”的能力有多强?

超导体(网络图)

1911年,荷兰物理学家埃尼斯发现将某些金属放入?在269℃的液氦中,金属突然失去电阻,变成超导体。此时,当传导电流时,它们没有电阻,也不会损失任何能量,在一定条件下,它们还会产生非常强的磁场。

从那时起,许多物理学家开始研究超导,因为它可能具有重大意义。以电力传输为例。目前,传输导体有一个电阻。当电流遇到电阻时,它会发热。电力传输中的能量损失高达7%,这使得电力公司和用户每年都遭受巨大损失。如果超导体可以用作电缆来传输电力,就不会有这样的损失。超导电缆可以通过巨大的电流。因此,只需要铺设几条地下电缆就能为大城市提供所需的电力。

超导电路还可以使更多的电路嵌入到计算机芯片中,从而大大减小计算机的尺寸。超导体产生的强磁场还可以缩小使用电磁线圈的机器的尺寸,并改善其外观,如电机和发电机。有些人还想象使用巨大的地下超导电缆环来储存电力。

“超导”的能力有多强?

埃尼斯的测试设施

如果这些想法能够实现,将会给人类带来巨大的利益。然而,到目前为止,这些美妙的想法还没有实现。在这项研究中,科学家们遇到了一个难题:要维持产生超导性所必需的极低温度是非常困难的,这需要耗费大量的电力,甚至远远超过使用超导性所节省的电力。因此,超导研究长期以来没有取得很大进展。

近年来,物理学家们偶然发现了一类不寻常的陶瓷化合物,它们在自然界中被发现。超导现象可以在100℃发生。这样,只要普通的热水瓶用来装廉价的液氮,就足以使它们产生超导现象。

这一发现引起了超导研究的新高潮,并取得了许多引人入胜的进展。尽管仍有许多技术和理论上的困难需要克服,但超导应用的希望之门已经打开。