超導體是如何工作的(Superconductor Work)？

為了了解超導體是如何工作的，首先研究一下普通導體是如何工作的可能會有幫助。某些材料，如水和金屬，允許電子很容易地通過它們，就像水通過花園軟管一樣。其他材料，如木材和塑料不允許電子通過，因此，它們被認為是不導電的。試...

為了了解超導體是如何工作的，首先研究一下普通導體是如何工作的可能會有幫助。某些材料，如水和金屬，允許電子很容易地通過它們，就像水通過花園軟管一樣。其他材料，如木材和塑料不允許電子通過，因此，它們被認為是不導電的。試圖讓電穿過它們就像試圖讓水穿過磚塊一樣。科學家拿著燒杯，即使在被認為是導電的材料中，實際能通過多少電能也會有巨大的差別。用電學術語來說，這被稱為電阻。幾乎所有正常的導體都有一些電阻，因為它們有自己的原子，當電子通過導線、水或其他材料時，原子會阻擋或吸收這些原子。一點電阻可能有助于控制電流，但也可能是低效和浪費的超導體采用電阻的概念，并將其顛倒過來。超導體通常由合成材料或金屬組成，如鉛或鈮鈦，這些材料的原子數已經很低。當這些材料被凍結到接近絕對零度時，它們所擁有的原子會被磨得幾近停頓。如果沒有所有這些原子活動，電流就可以在幾乎沒有阻力的情況下流過材料。實際上，配備了超導體的計算機處理器或電動火車軌道只需很少的電能來完成其功能。最明顯的問題是超導體就是溫度。要將大量供應的超導材料超冷到所需的轉變點，幾乎沒有什么切實可行的方法。一旦超導體開始升溫，原有的原子能就會恢復，材料又會產生電阻制造實用超導體的訣竅在于找到一種在室溫下變為超導的材料。到目前為止，研究人員還沒有發現任何金屬或復合材料在高溫下會失去全部電阻。為了說明這個問題，想象一下，一條標準的銅線就像一條河流。一群電子在船上試圖到達上游的目的地。水流向下游的力量產生了阻力，這使得船不得不更加努力地通過整條河。當船到達目的地時，許多電子乘客們太虛弱了，無法繼續下去。這就是普通導體的情況——自然電阻會導致電力損失。現在想象一下，如果河水完全結冰，電子被放在雪橇里。因為沒有水順流而下，不會有阻力。雪橇只需越過冰面，將幾乎所有的電子乘客安全地放在上游。電子沒有變化，但河水因溫度而改變，因此沒有產生任何阻力。找到一種方法使河水在常溫下凍結是超導體研究的最終目標。

發表于 2020-09-18 01:26
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分類：科學教育

超導體是如何工作的(Superconductor Work)？

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