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重操舊業(yè)——高溫超導(dǎo)

 昵稱78141899 2023-03-10 發(fā)布于北京

      早上一睜眼,就看到同事發(fā)的一條新聞——室溫超導(dǎo)火了!概念股齊漲,專家提示風(fēng)險(xiǎn),然后很多財(cái)經(jīng)公眾號也跟進(jìn)了相關(guān)消息,要說超導(dǎo),對于我一個(gè)材料學(xué)畢業(yè),又教了幾年物理的人來說,和超導(dǎo)這個(gè)事,還是距離比較近的,也讓我想起了青春歲月的老師和同學(xué)們。

      按照生產(chǎn)工具去劃分歷史,石器時(shí)代,青銅器時(shí)代,鐵器時(shí)代等等,直到第一次工業(yè)革命,蒸汽機(jī)時(shí)代,第二次工業(yè)革命,電氣時(shí)代,第三次工業(yè)革命,數(shù)字化時(shí)代,雖然第三次工業(yè)革命沒有強(qiáng)調(diào)電,但電這個(gè)東西在今天甚至是要凌駕于wifi之上,那提到電,就不得不提一個(gè)東西——電阻

       啟蒙電學(xué)的時(shí)候,我們會(huì)先給孩子們講,導(dǎo)體和絕緣體,金屬,人體,大地,溶液是典型的導(dǎo)體,木材,空氣,塑料,純水是絕緣體,對沒看錯(cuò),純水是不導(dǎo)電的,導(dǎo)電是因?yàn)樗锩嫒芙饬藙e的物質(zhì)形成了離子,才導(dǎo)電的,所以印度電影《三傻大鬧寶萊塢》里面導(dǎo)電的是尿液,一般我還會(huì)給孩子們引申一下,擊穿和熔斷,講講閃電,講講保險(xiǎn)絲,講講白熾燈燈絲,核心是要告訴孩子們,導(dǎo)體和絕緣體沒有絕對的界限,導(dǎo)電性本質(zhì)是電阻的大小,而導(dǎo)電性和導(dǎo)體的材料,長度,橫截面積有關(guān),常見金屬的導(dǎo)電性順序是,銀銅鋁鐵,銀是世界上導(dǎo)電性最好的金屬單質(zhì),這里會(huì)留一個(gè)小扣子,遠(yuǎn)距離輸電為什么要用特高壓輸電,在學(xué)完電學(xué)最后一講安全用電再把這個(gè)問題給縫上。

       電阻是我們現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)無法逾越的問題,在用電的過程中,有電就會(huì)因?yàn)殡娮璧脑虍a(chǎn)生熱,這個(gè)熱的損失讓我們的能源利用率非常低,幾乎一般的能量都以熱的形式散失到空氣中浪費(fèi)掉了,那么終于說道整體了,超導(dǎo)體指的是電阻為零的導(dǎo)電材料,電能不在以熱能的形式損失,甚至可以說,如果我們現(xiàn)在所有的電路都用超導(dǎo)體的話,我們的資源可以說是根本用不完的。但是非常遺憾,常見超導(dǎo)體需要用液氮(-196攝氏度)冰鎮(zhèn)以后才會(huì)出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象,所以我們上學(xué)時(shí)候老師講的,高溫超導(dǎo)是人類研究超導(dǎo)體的目標(biāo),其實(shí)還有個(gè)常溫超導(dǎo)的概念,就是不再用液氮,用冰水混合物,零攝氏度就能出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象,這個(gè)就能讓人類節(jié)約很多能源,如果能到高溫超導(dǎo),也就是新聞里面說的室溫超導(dǎo),那別說諾貝爾獎(jiǎng)了,全人類都得感謝他。

      超導(dǎo)體現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)還是非常有意思的,當(dāng)時(shí)大學(xué)一個(gè)班30人,兩個(gè)人一組,實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限,只有兩組能夠選擇超導(dǎo)體實(shí)驗(yàn),而且這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間長,基本上從一點(diǎn)鐘進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)時(shí)間就要四個(gè)小時(shí),但是好奇心的驅(qū)使,讓我和同宿舍的同學(xué)毅然決然的選擇了這個(gè)實(shí)驗(yàn),那個(gè)同學(xué)學(xué)習(xí)很好,而且做事認(rèn)真,一絲不茍,為什么這么介紹,后面實(shí)驗(yàn)的時(shí)候有用。

       先領(lǐng)實(shí)驗(yàn)用具,一個(gè)隔熱的金屬長筒,大概一米多深,一個(gè)一米多長的探針頭上安裝著一個(gè)小金屬塊,小金屬塊引出兩條線,接在電壓表上,一定要接在電壓表上,然后往金屬長筒里面到液氮,最后把探針放進(jìn)金屬長筒,而我們要做的就是每隔15分鐘記一次數(shù)據(jù),到實(shí)驗(yàn)最后一小時(shí),要每隔5分鐘記錄一次數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)的最后十分鐘,1分鐘記錄一次數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)的最后,半分鐘記錄一次數(shù)據(jù),就記錄的是電壓表的數(shù)據(jù)。

       時(shí)間一分一秒的流逝,人的耐心是有限的,第一個(gè)小時(shí),數(shù)據(jù)沒有任何變化,第二個(gè)小時(shí),數(shù)據(jù)沒有任何變化,第三個(gè)小時(shí)數(shù)據(jù)沒有任何變化,我就懷疑這個(gè)裝置是不是壞了,同組的同學(xué)說再等等,我們等啊等,還剩下十分鐘就要滿四個(gè)小時(shí)了,我們倆已經(jīng)失去了信心,覺得肯定是實(shí)驗(yàn)失敗了,這個(gè)裝置一點(diǎn)變化都沒有,可是突然就看見電壓表在3-5秒的過程中,從之前的數(shù)值降到了0,我和我同學(xué)當(dāng)時(shí)都蒙圈了,根本無法記錄數(shù)據(jù),太快了,我們又比較懈怠,讀數(shù)的時(shí)間轉(zhuǎn)瞬即逝,我們倆你看著我我看著你,做出了一個(gè)艱難的決定,抄別的班的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吧。

       現(xiàn)在想想,這就是超導(dǎo)現(xiàn)象的體現(xiàn),溫度不到就是普通的導(dǎo)體,溫度到了,用電壓表,是能夠看到降到0了,電流表數(shù)值會(huì)變大,電表又有量程上限,所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)就是這么設(shè)計(jì)的,老師一開始也是故弄玄虛,其實(shí)他們肯定也知道根本來不及記錄數(shù)據(jù),這個(gè)實(shí)驗(yàn)讓我終生難忘。

      新聞里面這個(gè)研究的確實(shí)溫度上是符合要求了,但是需要一個(gè)高壓的環(huán)境,說要一萬個(gè)大氣壓,那基本上只有實(shí)驗(yàn)室環(huán)境能夠做到,超導(dǎo)材料的研究目標(biāo)還是讓產(chǎn)生超導(dǎo)現(xiàn)象的條件不在那么苛刻,所以這個(gè)研究離造福人類還有很長的一段路要走。

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