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一图文秒懂什么是超导、常温超导原理应用

大侠风清扬

疯狂打赏的老韭菜

2023-03-09 10:23:32

一图文秒懂什么是超导、常温超导原理应用

什么是超导

超导是指某些材料在低温下表现出完全零电阻和完全排斥磁场的现象。在超导状态下，电流可以在不受电阻的情况下流动，这意味着电能可以被无损耗地输送。超导材料的发现和研究在物理学和工程学中有着广泛的应用，包括制造超导电缆、MRI扫描仪、磁悬浮列车、核磁共振成像等等。超导现象的理论基础可以通过BCS理论来解释，它解释了超导材料中电子对的形成和超导电性的起源。

超导的应用范围

超导材料具有零电阻和完全排斥磁场的特性，因此在以下几个领域中有着广泛的应用：

能源传输和存储：超导电缆可以将电能在不受能量损失的情况下从发电站输送到城市或工业区，这可以提高能源传输效率，减少能源损失。

磁共振成像（MRI）：超导磁体可以用于MRI扫描仪，这是一种常见的医学成像技术，可以帮助医生检查身体内部的器官和组织。

磁悬浮列车：超导磁体可以用于磁悬浮列车，这种列车可以在高速行驶时减少摩擦力，从而减少能量损失和噪音。

磁能储存器：超导磁体可以用于磁能储存器，这是一种可以将电能转化为磁能储存起来的设备。

实验物理学：超导磁体可以用于实验物理学，例如加速器、等离子体物理学、量子计算机等等。

超导磁能储存器（SMES）：超导磁体可以用于SMES系统，这种系统可以将电能转换为磁能，然后将其储存在超导线圈中，以便随后使用。

总之，超导材料的应用领域非常广泛，其应用范围还在不断扩展和深入研究。

什么是常温超导

常温超导是指在室温下或接近室温时，仍能表现出超导电性质的材料。传统超导材料需要在非常低的温度下（通常在液氦温度以下）才能表现出超导性质，这限制了超导材料的应用范围。而常温超导材料的发现将能够极大地扩展超导材料的应用领域。

目前，常温超导材料的发现还处于探索阶段，虽然已经发现了一些具有常温超导性质的材料，如铜基高温超导材料和铁基超导材料，但它们的超导临界温度仍然很低，远远没有达到室温的水平。因此，目前的研究重点是发现更多具有高超导临界温度的材料，并探索它们的物理和化学性质，以便开发出更实用的常温超导材料。

超导工作原理

超导现象的工作原理可以通过BCS理论来解释。BCS理论是一个用于解释超导现象的量子力学理论，它认为超导材料中的电子会在低温下形成电子对，这些电子对具有一些特殊的性质，使得它们可以在不受电阻的情况下流动。

在超导材料中，低温会导致电子之间的相互作用增强，这使得电子可以成对地通过晶格中的声子相互作用，形成一种称为库珀对的束缚态。库珀对的形成可以降低电子在材料中移动时的相互碰撞，从而降低了电阻。

此外，超导材料中的库珀对还能够和外界磁场相互作用，形成一种称为迈斯纳效应的现象。这种效应会导致材料中的磁场被完全排斥，使得超导材料在磁场中表现出完全的磁场屏蔽效应。

因此，超导现象的工作原理可以总结为：在低温下，超导材料中的电子通过声子相互作用形成库珀对，库珀对可以在不受电阻的情况下移动，并且在外磁场作用下表现出完全排斥效应。

超导国外公司及名人

以下是一些超导领域的国外公司及名人：

国外公司：

Oxford Instruments：一家总部位于英国的公司，专门生产和销售超导材料和超导设备。

Superconductor Technologies Inc.（STI）：一家总部位于美国的公司，专注于超导技术和应用，包括超导磁体和超导电缆等。

American Superconductor Corporation（AMSC）：一家总部位于美国的公司，专注于超导磁体、超导电缆、超导发电机等领域的研究和开发。

国外名人：

约瑟夫·巴格纳（Josephson, Brian D.）：英国物理学家，1973年因发现超导电流的量子特性，被授予诺贝尔物理学奖。

约翰·巴丁（John Bardeen）：美国物理学家，曾两次获得诺贝尔物理学奖，其中之一是因为他与其他科学家一起发现了超导现象。

阿伯特·吉奥芬诺（Abert Ghiorso）：美国核化学家，曾经领导一个研究团队在加利福尼亚州的伯克利实验室发现了多种新的超导元素。

这些公司和名人在超导领域都做出了重要贡献，并且对超导技术的发展和应用起到了重要的推动作用。

中国的超导公司

以下是一些中国的超导公司：

国电科技超导技术有限公司：该公司是国家电力投资集团公司下属的一家超导科技企业，主要从事超导电力设备的研发和生产。

中电电气集团超导科技有限公司：该公司是中国电力工程咨询集团公司下属的一家超导技术企业，主要从事超导电缆、超导变压器和超导电感器等领域的研发和生产。

深圳市南山区超导科技研究院：该院是深圳市南山区政府设立的一家研究超导技术的机构，主要从事超导材料、超导磁体和超导电器等领域的研发工作。

同济大学超导技术研究所：该研究所是同济大学下属的一家超导技术研究机构，主要从事超导材料、超导电缆和超导磁体等领域的研究和开发。

这些超导公司和研究机构都在超导技术的研发和应用方面做出了一定的贡献，对于中国超导技术的发展起到了重要的推动作用。

中国超导的发展预期

中国在超导技术领域的发展已经取得了一定的成果，但与国际先进水平还存在一定差距。随着中国国家层面对于超导技术研究和产业化的持续投入，以及相关企业和研究机构的不断努力，未来中国的超导技术有望取得更大的突破和进展。

具体来说，未来中国超导技术的发展预期可能包括以下几个方面：提高超导材料的性能和制备技术，降低超导材料的制造成本，推动超导材料的商业化应用。发展超导电缆、超导磁体等相关设备的生产和应用技术，提高超导设备的可靠性和性能，拓展超导设备的应用范围。加强与国际先进超导技术的合作和交流，吸收和借鉴国际先进技术，提升自身超导技术的水平和竞争力。推动超导技术在能源、交通、医疗等领域的应用，促进超导技术与产业的深度融合，为经济社会发展做出更大的贡献。总之，未来中国超导技术的发展前景十分广阔，有望在多个领域实现技术突破和商业应用，成为全球超导技术的重要参与者和领先者之一。