说说有意思的电阻超导现象

qwqwqw2088

说说有意思的电阻超导现象 [复制链接]

 

      各种金属导体中，银的导电性能是最好的，但还是有电阻存在。20世纪初，科学家发现，某些物质在很低的温度时，如铝在1.39K（-271.76℃）以下，铅在7.20K（-265.95℃）以下，电阻就变成了零。这就是超导现象，用具有这种性能的材料可以做成超导材料。已经开发出一些“高温”超导材料，它们在100K（-173℃）左右电阻就能降为零。
     如果把超导现象应用于实际，会给人类带来很大的好处。在电厂发电、运输电力、储存电力等方面若能采用超导材料，就可以大大降低由于电阻引起的电能消耗。如果用超导材料制造电子元件，由于没有电阻，不必考虑散热的问题，元件尺寸可以大大的缩小，进一步实现电子设备的微型化。

le062

高温常压超导材料还没出现吧

littleshrimp

“电阻”的超导现象？

qwqwqw2088

littleshrimp 发表于 2017-1-22 10:53
“电阻”的超导现象？

可能是题目不太合适
电阻就变成了零，这就是超导现象
电厂发电、运输电力、储存电力等行当还是很需要超导材料

PowerAnts

    超导并非零电阻, 实际电阻大约比常温小4-6个数量级, 故相同温升下理论电流密度可以比常温大2-3个数量级, 高压输电用的3公分粗的钢芯铝绞线, 电流密度大约1A/mm2, 输送400A的电流, 每公里损耗12KW, 3相三线共计36KW,  若用超导体来实现这个功耗的话, 直径0.3-1mm就够了, 但显然, 这个直径得不偿失, 线损并没有减小, 反而还要投入制冷的能耗, 得不偿失.
将超导体截面积提高一个数量级, 线径1-3mm, 线损下降为原来的10%, 制冷能耗小于90%, 才可能节能, 也就是说制冷功率小于32.4KW, 这应该是可以实现的.
    关于超导发电, 超导体除了有一些很小的电阻之外, 还有一个临界磁场, 当超导体表面的H达到一定的程度, 这部份导体就会失去超导效应, 变成普通导体, 然后超导体与普通导体的分界面也随着失去超导效应, 整个超导体瞬间变成普通导体, 与高于临界温度一样, 发生"瞬熄", 一跟超导体导线的电流也许可以比较大, 但制成线圈的话, 所有的匝电流相等, 产生的磁场全部作用在最外层的匝, 这些匝的导体表面磁场决定了整个线圈能否处于超导状态, 因此, 超导体用于线圈, 电流并不是很大, 目前也就在普通线圈的基础上, 提高了不到1个数量级多一些, 普通铜线绕制的空芯充磁线圈, 在10KW的脉冲驱动功率下, 可产生5特斯拉的磁场, 但12万倍的脉冲功率去驱动超导线圈, 却只能产生20倍的磁场, 原因就是铜线线圈可以密绕, 但超导线圈匝间距必须拉得很开.
    另外,发电机定子线圈承受着很大的电磁力, 细小的超导线圈强度不够, 面临很大的工艺结构问题. 不过, 超导体若用应于发电机到升压主变的母线, 却是很不错, 700MW的机组, 输出电流达3*13000A, 三峡电站有32台这样的机组, 母排总电流3*41.6万A, 很壮观的(我也没见过), 当然了, 是分散分布的, 不可能集中.

PowerAnts

1万安是个什么概念呢? 据说附近的锤子,螺丝刀工具什么的都得用绳子绑起来, 不然都往别的金属或母排飞, 这也是传闻, 没亲眼见过.
不过, 强电流附近空气中的磁场却是可以计算的, 1万安1米外大约20高斯, 是地磁的50-100倍, 生铁的相对磁导率400, 两把铁锤靠近就是两块大磁铁, 而且相临两端永远是异性端相吸. 同时, 离导线越近磁场越强, 所心铁块也可能往母排上飞

dcexpert

PowerAnts 发表于 2017-1-26 14:19
1万安是个什么概念呢? 据说附近的锤子,螺丝刀工具什么的都得用绳子绑起来, 不然都往别的金属或母排飞, 这也 ...

这样的强磁场环境，会不会对电子设备有很大影响？设备需要做专门的防磁处理？

maychang

dcexpert 发表于 2017-1-26 14:55
这样的强磁场环境，会不会对电子设备有很大影响？设备需要做专门的防磁处理？

至少开关电源中的变压器或者电感里面的铁芯会饱和而无法正常工作。
至于半导体材料在这么强的磁场中是否会因霍尔效应影响工作，我不知道。
白炽灯的灯丝在工作时放大投影到屏幕上，可以看出比不通电时粗好几倍。这是因为灯丝中通的是50Hz交流电，在地磁场中电流受力而产生50Hz的振动，人眼看上去好像变粗了。如果灯丝所处位置的磁场变成100倍甚至更强，灯丝是否会振断？

PowerAnts

maychang 发表于 2017-1-26 16:16
至少开关电源中的变压器或者电感里面的铁芯会饱和而无法正常工作。
至于半导体材料在这么强的磁场中是否 ...

通电的灯丝会变"粗"这个问题, 我过去还没注意过. 不过由地磁影响指南针的指向这一现象, 也可知地磁并不是十分弱

maychang

PowerAnts 发表于 2017-1-26 16:43
通电的灯丝会变"粗"这个问题, 我过去还没注意过. 不过由地磁影响指南针的指向这一现象, 也可知地磁并不是 ...

以前在中学教书时，我曾在物理实验室门上四角钉上四个钉子，塑料皮细电线绕了三圈，接到演示电流计上。开门关门，这个线圈在地磁场中的转动可以使演示电流计指针产生明显偏转，全班学生都可以看到。

PowerAnts

maychang 发表于 2017-1-26 17:02
以前在中学教书时，我曾在物理实验室门上四角钉上四个钉子，塑料皮细电线绕了三圈，接到演示电流计上。开 ...

设门板高2米, 宽0.8米, 厚3公分, 密度0.5的松木, 重约50斤. 站在45度角处, 双手使足力气往复推动门板边缘, 让门板在90度内往复动动, 再设力气一直是100斤. 45度处速度最快约7.08m/s, 往复周期0.708秒. 线圈输出电压峰值+/-1.5mV, 记得500型万用表的50uA档满偏电压是0.15V, 那么相当于测量峰值0.5mA的交变电流, 表头行程角度一般是90度, 则摆动角+/-0.9度, 如下图两条绿线位置所示, 确实比较明显, 加之几十年前中学生的视力都不差, 这个试验相当好.

maychang

PowerAnts 发表于 2017-1-26 22:37
设门板高2米, 宽0.8米, 厚3公分, 密度0.5的松木, 重约50斤. 站在45度角处, 双手使足力气往复推动门板边缘 ...

当时使用的演示电流表灵敏度可没有那么高，只有0.5mA满度，但内阻却很低，可能只有20欧左右。从外面看，动圈用线比普通万用表要粗不少。摆动幅度大约可以到满度的十几分之一。指针为矛形，在教室后面也完全可以看到指针摆动。

PowerAnts

maychang 发表于 2017-1-27 00:13
当时使用的演示电流表灵敏度可没有那么高，只有0.5mA满度，但内阻却很低，可能只有20欧左右。从外面看， ...

量程大10倍, 内阻1/150倍, 那偏转角度反倒大了15倍, 达+/-13.5度, 那更显明了, 实际摆幅只达量程的十几分之一, 是因为你用的是细线

PowerAnts

更正: 11楼第三行"0.5mA"应为0.5uA, 笔误

maychang

PowerAnts 发表于 2017-1-27 09:20
量程大10倍, 内阻1/150倍, 那偏转角度反倒大了15倍, 达+/-13.5度, 那更显明了, 实际摆幅只达量程的十几分 ...

摆动幅度不是很大，主要原因是开门关门速度没有那么快。
这是个定性演示，只要学生看到指针摆动，承认线圈在地磁场中转动产生感应电动势就好。

那时年轻，热情很高，设计了好几个演示和学生实验。有些甚至是超出教学大纲和教材内容的，比方说光的偏振实验。

PowerAnts

maychang 发表于 2017-1-27 10:13
摆动幅度不是很大，主要原因是开门关门速度没有那么快。
这是个定性演示，只要学生看到指针摆动，承认线 ...

遇到你这样的老师, 是学生的幸运. 我中学的物理老师, 就没自已做过道具

PowerAnts

另外, 超导体作交流应用, 还要考虑趋肤效应(工频穿透深度只有几十um), 实际上工况电流密度还要大打折扣.