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超导可以依靠地球磁场悬浮吗(科学密探悬浮)

超导可以依靠地球磁场悬浮吗(科学密探悬浮)由于超导体“不允许”其内部有任何磁力线,如果外界有一个磁力线要通过超导体内部,那么超导体必然会产生一个与之方向相反的磁场来抵消,保证内部磁感应强度为零,这就形成了一个斥力。然而对于大部分超导体来说,它们属于“另类”——叫做第二类超导体,磁力线可以部分穿透到超导体内部,并且被超导体牢牢“钉住”。这意味着磁场和超导体之间还可以存在“引力”。此时斥力和引力并存、相互制衡。最终让超导体既可以“浮”起一定高度。也可以“悬”挂在磁铁下面一定距离。这就是超导“磁悬浮”。是不是不太容易理解?看来你和我一样,电磁感应、磁力线、磁场、作用力什么的,学过的知识全都还给了物理老师~1933年德国物理学家迈斯纳等人发现,材料一旦在低温下进入超导态,体内的磁力线会统统被排出,磁力线不能穿过它的体内,也就是说超导体处于超导态时,体内的磁感应强度恒等于零。这种效应被称为“迈斯纳效应”。又叫完全抗磁性。超导材料听起来很神秘

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看到上面的动图,你是不是觉得特别神奇?是不是想到了童话世界里会飞的魔毯?抑或电影《阿凡达》里潘多拉星球上悬浮在空中的一座座山?

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《阿凡达》剧照

在电影中,支撑这些山脉的是一种叫Unobtanium的超导矿石。如果想要人工打造一座真正的悬浮山,要用什么技术呢?对,我们可以使用现实世界已有磁悬浮技术,例如上海磁悬浮列车,它借助磁场的力量抵消重力对列车的影响。今天,咱们一起来说说超导和磁悬浮的那些事儿!

什么是超导?

超导体(英文名:superconductor),又称为超导材料,指在某一温度下,电阻为零的导体。和普通导体相比,超导体不仅具有零电阻的特性,另一个重要特征是完全抗磁性。人类最初发现超导体是在1911年,这一年荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯等人发现,汞在极低的温度下,其电阻消失,呈超导状态。此后超导体的研究日趋深入,越来越多的超导材料被发现。

超导材料听起来很神秘,其实并没有那么稀奇。可以说,元素周期表里的绝大部分金属甚至是非金属单质都是超导材料,不过,前提是——必须要足够低的温度或者加上足够高的压强,超导材料需要低温环境。

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上面动图中的超导体之所以能够悬浮在轨道上,就是事先泡在了零下196℃的液氮中,并在超导体的外部包裹了一层毛衣,防止温度流失过快。

超导和磁悬浮有什么关系呢?

超导体除了电阻为“零”的特性之外,完全抗磁性等磁性质也是重要的特征,这也是超导磁悬浮的基本原理。

1933年德国物理学家迈斯纳等人发现,材料一旦在低温下进入超导态,体内的磁力线会统统被排出,磁力线不能穿过它的体内,也就是说超导体处于超导态时,体内的磁感应强度恒等于零。这种效应被称为“迈斯纳效应”。又叫完全抗磁性

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由于超导体“不允许”其内部有任何磁力线,如果外界有一个磁力线要通过超导体内部,那么超导体必然会产生一个与之方向相反的磁场来抵消,保证内部磁感应强度为零,这就形成了一个斥力。然而对于大部分超导体来说,它们属于“另类”——叫做第二类超导体,磁力线可以部分穿透到超导体内部,并且被超导体牢牢“钉住”。这意味着磁场和超导体之间还可以存在“引力”。此时斥力和引力并存、相互制衡。最终让超导体既可以“浮”起一定高度。也可以“悬”挂在磁铁下面一定距离。这就是超导“磁悬浮”。是不是不太容易理解?看来你和我一样,电磁感应、磁力线、磁场、作用力什么的,学过的知识全都还给了物理老师~

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超导磁悬浮的重要应用就是高速磁悬浮列车,我国上海磁悬浮列车采用的是常规导体磁悬浮技术,日本的磁悬浮列车试验线则采用了超导磁悬浮技术。目前载人超导磁悬浮列车已经达到600 公里/小时的最高速度,采用超导磁悬浮技术的磁悬浮列车,因为超导对磁力线特有的锁定能力,引力和斥力同时存在,不但更加快速,也更加稳定和安全

中科院物理所的超导国家重点实验室

动图中的实验展示的超导体磁悬浮实验,就发生在中科院物理所的超导国家重点实验室。接下来,这是一波实名吹捧!在中科院基础科学园区里,规模最大的研究所就是中国科学院物理研究所,以其为载体的凝聚态物理国家研究中心,具有国际一流的研究水平。物理所第一个国家级实验室就是大名鼎鼎的超导国家重点实验室,这里汇聚了一批全全世界最顶尖的超导科学家。

以赵忠贤院士为代表的老一辈超导物理学家在极其艰苦卓绝的条件下,开创起了中国超导研究的“国家队”,后来因为在铜基和铁基高温超导领域的杰出贡献,物理所的超导研究团队先后2次荣获国家自然科学一等奖。

超导的应用

中科院物理所副研究员罗会仟(北京科技期刊学会和《物理学报》推荐专家)介绍,超导其零电阻和完全抗磁性等神奇量子特性,使其在能源、科研、医疗、通讯等各个领域均有重要用途。

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超级省电的超导电网

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超导核磁共振成像

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超导可控核聚变装置

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超导量子计算机

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超级对撞机/加速器超导磁体

超导的百余年历史上,无数聪慧的科学家创造了多次辉煌,特别是中国科学家已在铁基超导研究中引领世界前沿。近年来,随着铁基超导等一系列新超导体的助力,高温超导机理的面纱在不久的将来终会全面揭开。凝聚态物理学的知识框架都有可能因此被改写。超导体的临界温度记录已经达到零下13℃,距离梦想中的室温超导一步之遥,超导体的规模化产业应用,必将给人类社会带来翻天覆地的变化。

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