超导是什么?它能给我们带来哪些好处?

 新闻资讯     |      2020-06-07

一些材料会在一定温度下出现电阻为0的现象,同时,它会产生完全的磁抗性,使它可以悬浮在磁场中。

不是每一种材料可以转变成超导体的。例如铜和银,即使非常接近绝对零度(-273.15℃)也保持了一定的电阻。

超导现象的发现已有100多年的历史了,最早在1911年,荷兰物理学家昂内斯利用液氦(他最先制备出液氦)将汞的温度降到4.15 K时,发现汞的电阻降为零。随后,其他的一些科学家发现其他的一些金属也有这种超导性。在1986年发现的铜氧钙钛陶瓷可以在90k实现超导,这个温度高于了液氮的沸腾温度,这个重大突破也使发现者获得了诺贝尔奖。

超导材料的应用十分广泛,利用它电阻为零的特性来进行电力输送,可以大大减少线路损耗,实现超远距离的大容量电力输送,还可以制造超导电池;利用它完全的磁抗性可以制造悬浮列车、电磁轨道炮、电磁弹射等。

使材料转换成超导体的温度被称为超导转变温度。根据这个转变温度可以将材料分为低温超导、高温超导和室温超导材料:

高温超导和低温超导的分解线就是77k(-196℃),这是液氮沸腾的温度。也就是说,高温超导材料可以利用液态氮冷却就能实现超导现象。由于液氮早已经实现工业化生产,它的价格非常的便宜。所以打破这个温度壁垒就意味着可以实现大规模的应用。

室温超导,顾名思义就是在室温条件下就能实现超导的材料。目前仅在实验室中实现非常短时间的室温超导现象。

如果利用高温超导材料输送电力或者建设磁悬浮列车,差不多几千米就要建一个制冷站,这在经济上的成本非常高。制冷需要的能量甚至大过了它减少的电力损耗。如果能够提升实现超导的温度,就能大大减少建设和运营成本。

用超导材料制造的线圈可以在脱离电源的情况下长期保存电能,可以利用这一特性制造超导电池。超导电池具有结构简单,充电速度快的特点,由于目前制冷设备的体积太大,所以无法推广。如果能够达到室温超导水平,它就可能走入千家万户。利用超导电池的驱动的汽车取代燃油汽车就成为必然。

超导电池还可以应用于电力系统,利用负荷低谷时期储存电量,在负荷高峰期输出。这能够充分利用发电机的容量,减少容量的浪费,使电网能够平稳和高效运行。

常温超导输电可以实现数千公里的超长距离输电,这样就可以建成跨越全球的电力输送网络,实现所谓的全球电力互联网。可以在北极建设风力发电厂、赤道建设光伏发电厂、中东建设燃油发电厂等,使得全球能源分配更加均匀和便宜,减少二氧化碳等温室气体的排放,使得人类实现可持续发展。