Mik a szupravezetők, és mikor kapunk mindannyian maglev vonatokat és korlátlan elektromos energiát?

A szupravezetés egyike azoknak a fogalmaknak - mint az elektronpörgés vagy az idő dilatációja -, amely kissé ezoterikusnak tűnik, de ha a technológia révén elsajátítják, akkor valóban forradalmasíthatja a világot. Ez egy olyan koncepció, amelyet napjainkban már erősen használunk, különféle alkalmazásokban, de az egyre kevésbé vendégszerető környezetben való létrehozásának képessége kulcs lehet a sci-fi számos álmának életre keltésében.

Mi a szupravezetés? Leegyszerűsítve: a szupravezetés az a tulajdonsága, hogy nulla (nem majdnem nulla, nem tűnik el nullához közel, denulla) az elektronok mozgásának ellenállása. Ez nem csaktényleg nagyon alacsonyellenállás, Mert ahhoz, hogy valódi szupravezetés legyen mondjuk egy vezetékben, ennek a vezetéknek az egyik végének képesnek kell lennie a másikba helyezett energia 100% -ának befogadására. Ez azt jelenti, hogy ha egy kis áramot pumpálunk egy zárt szupravezető körbe, akkor ez a hurok korlátlanul megtartja a töltését. Az elektronok egyszerűen körbe-körbe járnak, soha nem állnak meg, és soha nem veszítik el energiájukat ellenállás, mágneses interferencia vagy akár hőveszteség miatt.

Az egzotikus szupravezető anyag mintája bizmut-stroncium-kalcium-réz-oxid (BSCCO-2223).

Az egzotikus szupravezető anyag mintája bizmut-stroncium-kalcium-réz-oxid (BSCCO-2223).



Mégis van egy nagy probléma a zárt hurkú gondolatkísérlettel: ez azt jelenti, hogy a szupravezetés olyan állapot, amelyben egy anyag egyszerűen képeslenni. Azonban az összes jelenleg ismert szupravezetőt aktívan ebben az állapotban kell tartani az energia bevitele révén; meg kell tartanunk őket egy bizonyos kritikus hőmérséklet alatt, és ezt gyakran ki kell egészítenünk egy mágneses tér alkalmazásával, hogy ki tudjunk ütni néhány megmaradt belső erőt. A hőmérsékleti küszöbök hihetetlenül alacsonyak, és ezért hihetetlenül drágák fenntartani. Az alumínium szupravezető hőmérsékleti küszöbe például 1,2 Kelvin, vagy -271,95 ° C.

Az érintett fizika vagy meglehetősen egyszerű, vagy meglehetősen összetett, az anyagtól függően. A tiszta fémekben vagy egyszerű fémötvözetekben a szupravezetés alapvetően akkor következik be, amikor az anyag atomjai lehűltek (lassultak) addig a pontig, hogy az elektronok nem szóródnak szét, amikor megpróbálnak a fématomok rácsán keresztül haladni. Ez nagyszerű, de az atommozgás (hő) megállítása nagyon nehéz, amint említettük. A bonyolultabb anyagok, amelyek némelyike ​​kriogén hőmérséklet felett képes szupravezetést elérni, határozottan a kvantum furcsaságán belül vannak, és összefüggésben vannak az elektronpárok közötti tranziens kölcsönhatásokkal.

Ez azt jelenti, hogy a végtelen energiájú hurok csak addig létezhet, amíg jelentős energiát fordítunk a hurok szupravezető állapotban tartására, és ez megsemmisíti a veszteségmentes energiatárolás lényegét, nem?

A világ

A világ első szupravezető kábele. Még a vérző tudomány sem nézhet ki különösen fejlettnek egy építkezésen.

A szupravezetők jelenlegi alkalmazását mind hőmérséklet-követelményeik korlátozzák. Az MRI-gépek hihetetlenül drágák, főleg azért, mert egzotikus anyagokra, például folyékony héliumra van szükségük ahhoz, hogy a fémtekercseket lehűtsék ahhoz, hogy elegendő villamos energiát tudnak vezetni ahhoz, hogy létrehozzák az emberi test molekuláinak tömeges átirányításához szükséges mágneses tér erősségeit. A nagy hadronütköző sokkoló költségeinek nagy része ugyanabból a forrásból származott. A fúziós energia kutatását is lassítja az a hihetetlen költség és nehézség, hogy hatalmas mágneses tokamak fúrótornyokat hozzanak létre a plazma bezárásához.

Ezért a Szent Grálunk nem szupravezetés, amelyet a szuperhűtött porcelántól a szuperhűtött gyémántig mindenben elértünk, hanemgyakorlati szupravezetés. Ezt magas hőmérsékletű szupravezetésnek vagy (valóban ambiciózusan) szobahőmérsékletű szupravezetésnek is nevezik. A „magas hőmérséklet” küszöbértéke technikailag 30K körül van, de manapság a beszélgetés során általában a valós alkalmazások korlátainak felel meg. A szupravezető magas hőmérséklete alapvetően minden olyan hőmérséklet, amelyet a tudósok elfogadható energiaköltségekért létrehozhatnak. Ha egy szupravezető anyagot hirtelen, nagyon kevés gond nélkül lehűthetünk 29 Kelvin hőmérsékletre, a 29 Kelvin gyakorlatilag magas hőmérsékletűvé válik a céljaink érdekében.

A Maglev vonatok szinte minden esetben logikus választás lenne, ha nem az, hogy milyen megfizethetetlenül drágák.

A Maglev vonatok szinte minden esetben logikus választás lenne, ha nem az, hogy milyen megfizethetetlenül drágák.

Kérdezd meg magadtól: Milyen technológiai akadályok vannak abban, hogy Afrika az emberiség teljes energiájú elektromos akkumulátorává váljon? Általános értelemben kettő van. Az egyik az a képesség, hogy összegyűjti és tárolja a napsütés elég nagy részét az arra a sivatagi kontinensre, a másik pedig az a képesség, hogy ezt a tárolt energiát valóban eljuttassa szerte a világon, az otthonokba, irodákba és gyárakba, ahol arra szükség van. Megfizethető és elég praktikus szupravezető anyaggal szállíthatnánk elektronjainkat az Atlanti-óceánon. Az önkormányzati tranzitvonalakat mágnesesen lebegtetett golyósvonatokká alakíthatnánk. A kórházakban több MRI-készülék lehet, mint amennyire szükségük van, és néhányat kölcsönözhetnek otthoni használatra. Általánosságban lehetővé teheti a technológiák nagyarányú alkalmazását, amelyek korábban csak kicsiben, vagy speciális, jól finanszírozott laboratóriumokban voltak lehetségesek.

Ma már közel sem vagyunk ezekhez a küszöbökhöz. Különböző kristályszerkezetek képesek elvégezni a munkát (gyémántművek, mint említettük), de a tudósok azt találták, hogy ugyanazokat az eredményeket érhetik el összetett vegyes anyagokban - bár a fizika éppen ezért nem világos. A valaha létrehozott legjobb szupravezetők a kupolák vagy kooper-ion tartalmú anyagok, de ezek közül a legfejlettebbek még mindig -140 ° C-ra kell hűteni, és meglehetősen nehéz és drága előállítani.

A szupravezető kábel belső működésének diagramja Essenben, Németországban.

A szupravezető kábel belső működésének diagramja Essenben, Németországban.

Ez nem azt jelenti, hogy nem voltak sikerek. Figyelembe véve az egyszerű elektromos hatékonyságot, amely veszteséget jelent nagyjából 6% villamos energiát szállítanak az Essen német városban nemrég telepítve egy kilométer hosszú szupravezető kábel a hálózati teljesítmény átadásához. Ez a kábel folyékony nitrogént használ a 60K vagy -206 ° C üzemi hőmérséklet eléréséhez. Ez nagyon lenyűgöző, és a folyékony nitrogén hűtésére történő felhasználása legalább kissé megfizethetővé teszi, de sokkal jobb szükségünk lesz az egész világ elektromos infrastruktúrájának tömeges cseréjére.

A szupravezetés az kutatók és az ipari tudósok egyik fő kutatási területe, de nagyon lehetséges, hogy először egy táblára, másodsorban pedig a laboratóriumra találnak egy esetleges megoldást.

Tekintse meg az 2007es.com magyarázataink sorozatát, ahol a mai legforróbb technológiai témákról olvashat részletesebben.

Copyright © Minden Jog Fenntartva | 2007es.com