一个科技大新闻,就是我国第一条公里级别的35千伏液氮超导输电线,在上海徐汇投入商用了,其核心技术的国产化率是%,是真正意义上的全球领先
液氮工程具体是怎么回事呢?这里有三个关键词
第一个是公里级别,这次的超导输电线有1.2公里长,这个长度就很难,一般的超导用做实验和科研都比较短,短的情况就不用太考虑地理环境等因素,1.2公里的长度,要考虑各种地理因素,什么绕弯、布线和地底压力等等,实操起来真的非常困难,任何技术要从实验室推广到商用民用层面,就要考各种实际环境因素,这是极其困难的
液氮制造第二个关键词是35千伏,这个电压其实很低,一般用来输电的长距离线路是千伏,因为高压才能低损耗,但是超导体本身理论电阻为零,所以损耗也是极少的,因此可以直接用低压电输电
第三个关键词是液氮,也就是液氮的氮气这次用的超导是一液氮环境的超导,传统的超导需要温度低,大概在4k零下度左右,这次的超导温度比较高,大概是70多k零下度左右,那为什么液氮超导那么重要呢?
液氮因为便宜啊!传统的超导温度4k,需要用液氦,也就是液体状态的氦气,氦气是惰性气体,在空气中含量极少,所以做起来成本很高,超级贵,每升就要多块钱,只有一些实验室里用液氦,比如欧洲的大型对撞机用的超导线圈就是液氦环境,液氮不一样,温度是70多k,相比液氦就要便宜很多
因为液氮比可乐还要便宜,空气中70%是氮气,所以从成本角度液氮超导才是能商用的,我们本来以为超导离商用还有很长的一段距离,少则20年,多则50年,没有想到咱们这么快就可以用上了,这次是真正意义上的全球领先,真的很了不起
液氮实验室那超导为什么电阻是零呢?简单来说是量子力学,物理中有个能量最低原理,一切物理系统最稳定的状态都是能量最低的状态,电阻就是电子在运动过程中会受到阻碍,普通导体有电阻,是因为电子在运动的过程中,通过碰撞把动能给出去,就能降低整体的能量,但是在超导中,电子运动过程中,通过碰撞能把能量给出去,无法降低他的能量,于是它就选择不把动能给出去,动能给不出去的话,它的运动速度就无法降低,运动速度不降低,就等于运动没有受到阻碍,运动不受阻碍,就没有电阻
超导电阻那为什么超导中电子动能给不出去呢?量子力学告诉我们量子系统的能量是量子化的,譬如你的能量只有1、2、3、4、5,1和2中间不能存在1.1、1.11和1.这样的能量,如果温度足够低,我的能量就很少,譬如我的能量只有1.5,但是我要把能量给出去,我至少要给出去2的能量,但是我没有2的能量给你怎么办?我就只能选择不给你了,那我就一直是1.5的能量,这个时候我的能量就无法降低,我就不会受阻碍,我就成了超导体了
量子这个原理感觉是非常的难理解的,但是在一本书《六级物理》中就可以看到详细的解释,之后你看到这类的科技新闻,你就能够理解得更深刻了
大家觉得种种超导体将来会运用到我们生活的哪些方面呢?欢迎在评论区留言讨论,别忘了点赞、