超导体是如何工作的(Superconductor Work)？

为了了解超导体是如何工作的，首先研究一下普通导体是如何工作的可能会有帮助。某些材料，如水和金属，允许电子很容易地通过它们，就像水通过花园软管一样。其他材料，如木材和塑料不允许电子通过，因此，它们被认为是不导电的。试...

为了了解超导体是如何工作的，首先研究一下普通导体是如何工作的可能会有帮助。某些材料，如水和金属，允许电子很容易地通过它们，就像水通过花园软管一样。其他材料，如木材和塑料不允许电子通过，因此，它们被认为是不导电的。试图让电穿过它们就像试图让水穿过砖块一样。科学家拿着烧杯，即使在被认为是导电的材料中，实际能通过多少电能也会有巨大的差别。用电学术语来说，这被称为电阻。几乎所有正常的导体都有一些电阻，因为它们有自己的原子，当电子通过导线、水或其他材料时，原子会阻挡或吸收这些原子。一点电阻可能有助于控制电流，但也可能是低效和浪费的超导体采用电阻的概念，并将其颠倒过来。超导体通常由合成材料或金属组成，如铅或铌钛，这些材料的原子数已经很低。当这些材料被冻结到接近绝对零度时，它们所拥有的原子会被磨得几近停顿。如果没有所有这些原子活动，电流就可以在几乎没有阻力的情况下流过材料。实际上，配备了超导体的计算机处理器或电动火车轨道只需很少的电能来完成其功能。最明显的问题是超导体就是温度。要将大量供应的超导材料超冷到所需的转变点，几乎没有什么切实可行的方法。一旦超导体开始升温，原有的原子能就会恢复，材料又会产生电阻制造实用超导体的诀窍在于找到一种在室温下变为超导的材料。到目前为止，研究人员还没有发现任何金属或复合材料在高温下会失去全部电阻。为了说明这个问题，想象一下，一条标准的铜线就像一条河流。一群电子在船上试图到达上游的目的地。水流向下游的力量产生了阻力，这使得船不得不更加努力地通过整条河。当船到达目的地时，许多电子乘客们太虚弱了，无法继续下去。这就是普通导体的情况——自然电阻会导致电力损失。现在想象一下，如果河水完全结冰，电子被放在雪橇里。因为没有水顺流而下，不会有阻力。雪橇只需越过冰面，将几乎所有的电子乘客安全地放在上游。电子没有变化，但河水因温度而改变，因此没有产生任何阻力。找到一种方法使河水在常温下冻结是超导体研究的最终目标。

发表于 2020-09-18 01:26
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分类：科学教育

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