Mis on ülijuhid ja millal saame kõik maglev-rongid ja piiramatu elektrienergia?

Ülijuhtivus on üks neist mõistetest - nagu elektronide pöörlemine või aja laienemine -, mis näib küll mõnevõrra esoteeriline, kuid mis tehnoloogia abil omandatuna võib maailma tõeliselt pöörata. See on kontseptsioon, mida me juba praegu kasutame laialdaselt erinevates rakendustes, kuid võime seda luua üha vähem külalislahketes keskkondades võib olla võti paljude ulmeunelmate ellu äratamiseks.



Mis on ülijuhtivus? Lihtsustatult öeldes on ülijuhtivuse omaduseks null (mitte peaaegu null, mitte kaduv nulli lähedal, vaid null ) vastupidavus elektronide liikumisele. See on midagi enamat kui lihtsalt tõesti väga madal vastupanu , Sest tõelise ülijuhtivuse saavutamiseks näiteks juhtmes peab selle traadi üks ots saama 100% teise sisestatud energiast vastu võtta. See tähendab, et kui me pumpame osa elektrienergiast suletud ülijuhtivasse ahelasse, hoiaks see silmus oma lõputult. Elektronid lähevad lihtsalt ringi ja ringi, ei peatu kunagi ja ei kaota kunagi oma energiat takistusele, magnetilistele häiretele või isegi soojuskadudele.

Eksootilise ülijuhtiva materjali vismutstrontsium kaltsiumvaskoksiidi proov (BSCCO-2223).

Eksootilise ülijuhtiva materjali vismutstrontsium kaltsiumvaskoksiidi proov (BSCCO-2223).

Ometi on suletud ahelaga mõttekatse juures üks suur probleem: see tähendab, et ülijuhtivus on seisund, kus materjal võib lihtsalt olema . Kõiki praegu tuntud ülijuhte tuleb aga energia sisendi kaudu aktiivselt selles seisundis hoida; me peame neid hoidma alla teatud kriitilise temperatuuri ja sageli täiendame seda, rakendades magnetvälja mõne ülejäänud sisemise jõu löömiseks. Temperatuuriläved on uskumatult madalad ja seega ülimalt kallid säilitada. Näiteks alumiiniumi ülijuhtiv temperatuurilävi on 1,2 kelvinit ehk -271,95 ° C.

Füüsika on olenevalt materjalist kas üsna lihtne või üsna keeruline. Puhtades metallides või lihtsates metallisulamites tekib ülijuhtivus põhimõtteliselt siis, kui selle materjali aatomid on jahutatud (aeglustatud) kuni punktini, kus elektronid ei haju, kui nad üritavad liikuda läbi metalli aatomite võre. See on suurepärane, kuid nagu mainitud, on aatomi liikumise (soojuse) peatamine väga keeruline. Keerukamad materjalid, millest mõned võivad ülijuhtivuse saavutada krüogeensetest temperatuuridest kõrgemal, jäävad kvantmudeli valdkonna piiresse ja on seotud elektronpaaride vaheliste mööduvate interaktsioonidega.



See tähendab, et meie lõpmatu energiasilmus võiks eksisteerida ainult seni, kuni kulutame märkimisväärset energiat, et hoida silmus ülijuhtivas olekus, ja mis lammutab kadudeta energia salvestamise punkti, kas pole nii?

Maailm

Maailma esimene ülijuhtiv kaabel. Isegi verejooksu teadus ei saa ehitusplatsil eriti arenenud välja näha.

Kõiki praeguseid ülijuhtide rakendusi piiravad nende temperatuurinõuded. Magnetresonantstomograafia masinad on uskumatult kallid, peamiselt seetõttu, et nad vajavad metallist rullide jahutamiseks eksootilisi aineid nagu vedel heelium, et nad suudaksid juhtida piisavalt elektrit inimkeha molekulide ümberpaigutamiseks vajaliku magnetvälja tugevuse loomiseks. Suur osa Hadron Collideri šokeerivast kulust tuli samast allikast. Isegi termotuumasünteesi uurimist pidurdavad plasma uskumatute tohutute magnetiliste tokamaki puurmasinate loomise peaaegu uskumatud kulud ja raskused.

Sellepärast pole meie Püha Graal ülijuhtivus, mida on saavutatud kõiges, alates ülijahutatud portselanist kuni ülijahutatud teemandini, vaid praktiline ülijuhtivus. Seda nimetatakse ka kõrgtemperatuuriliseks ülijuhtivuseks või (tõeliselt ambitsioonika puhul) toatemperatuuriliseks ülijuhtivuseks. „Kõrge temperatuuri” künnis on tehniliselt umbes 30 K, kuid tänapäeval on see vestlusel reaalse rakenduse piirangutega piiratud. Ülijuhi kõrge temperatuur on põhimõtteliselt igasugune temperatuur, mille teadlased saavad vastuvõetava energiakulu jaoks luua. Kui suudaksime ülijuhtiva materjali äkki väga väikeste vaevustega 29 kelvinini jahutada, muutuks 29 kelvin meie eesmärkidel tegelikult kõrgeks temperatuuriks.

Maglevi rongid oleks peaaegu igal juhul loogiline valik, kui mitte see, kui liiga kallid need on.

Maglevi rongid oleks peaaegu igal juhul loogiline valik, kui mitte see, kui liiga kallid need on.



Küsige endalt: millised on tehnoloogilised takistused Aafrika muutmisel inimkonna kõikvõimsaks elektriakuks? Neid on üldises mõttes kaks. Üks on võime koguda ja salvestada piisavalt suurt osa päikesekiirgusest, mis langeb sellele kõrbemandrile, ja teine ​​on võime viia see salvestatud energia üle kogu maailma kodudesse, kontoritesse ja tehastesse, kuhu seda vaja on. Piisavalt taskukohase ja piisavalt praktilise ülijuhtiva materjaliga saaksime oma elektronid edastada üle Atlandi. Me võiksime muuta munitsipaaltranspordiliinid magnetiliselt levitatavateks kuulirongideks. Haiglates võiks olla rohkem MRI-aparaate, kui nad vajavad, ja laenutada neid koduseks kasutamiseks. Üldiselt võib see lubada tehnoloogiate laiaulatuslikku rakendamist, mis oli varem võimalik ainult väikeses mahus või spetsiaalsetes hästirahastatud laborites.

Täna pole me neid künniseid lähedal. Erinevad kristallstruktuurid suudavad seda tööd teha (teemanttööd, nagu mainitud), kuid teadlased on leidnud, et nad suudavad keerulistes segamaterjalides saavutada samu tulemusi - kuigi selle füüsika täpselt pole praegu selge. Parimad eales loodud ülijuhid on kuprid ehk koopioone sisaldavad ained, kuid neist kõige arenenumad vajavad siiski jahutamist -140 ° C-ni ning nende tootmine on üsna keeruline ja kulukas.

Saksamaal Essenis asuva ülijuhtiva kaabli sisemise töö skeem.

Saksamaal Essenis asuva ülijuhtiva kaabli sisemise töö skeem.

See ei tähenda, et õnnestumisi poleks olnud. Arvestades lihtsat elektritõhusust, mille arvele jääb kadu umbes 6% elektrienergia ülekandmisel, Saksamaa linn Essen hiljuti installitud kilomeetri pikkune ülijuhtiv kaabel võrgujõu ülekandmiseks. See kaabel kasutab vedelat lämmastikku, et saavutada töötemperatuuri 60K või -206 ° C. See on väga muljetavaldav ja vedela lämmastiku kasutamine jahutamiseks muudab selle vähemalt mõnevõrra taskukohaseks, kuid peame palju paremini hakkama kogu maailma elektritaristu massiliseks asendamiseks.



Ülijuhtivus on peamine uurimisvaldkond nii akadeemikute kui tööstusteadlaste jaoks, kuid on väga võimalik, et esmalt leitakse tahvel ja teiseks laboris lahendus.

Vaadake meie 2007es.com Explains sarja, et saada põhjalikum ülevaade tänapäeva kuumimatest tehnikateemadest.

Copyright © Kõik Õigused Kaitstud | 2007es.com