Superconductivity

超導體的發展歷程(上)(History of Superconductivity)

1911年,荷蘭科學家歐尼斯(Kamerlingh-Onnes)是超導現象的發現者,低溫物理學的開創者。他利用液氦量測水銀在極低溫時的電性,當溫度下降到4.2K時水銀的電阻完全消失,這種現象稱為超導電性。超導體的特殊電性的狀態命名為超導態(superconducting state),又超導態和正常態相變的轉換溫度為超導臨界溫度(superconducting critical temperature,以 Tc表示)。陸續在1913年,歐尼斯發現鉛(Pb, Tc = 7.2 K)和錫(Sn, Tc = 3.8 K)一樣具有超導性。1913年,由於歐尼斯對物質在低溫狀態下性質的研究以及液化氦氣,歐尼斯被授予諾貝爾物理學獎。

電力上的應用(Power Applications of Superconductivity)

電力上的應用(Power Applications of Superconductivity)
國立虎尾科技大學電子工程系吳添全助理教授/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

利用超導體零電阻的特性,可運用於製作超導導線。在電力工程設施中,如電力傳輸線、儲能系統、馬達、發電機及變壓器,由於線路有電阻,因此會有大量的電能損耗並轉變為熱。

若將線路改為超導體材料則可減少能量損耗。 在電力傳輸線的應用上:目前從發電廠產生的電力,運送給消費者使用,往往相距很遠,所以電力輸送時會提高電壓減少輸送途中的電力損失。因為電流在導線中流通時,會產生熱能,在半途中散發而耗損,電流愈大損失的能量也就愈大(和電流的平方成正比)。因此在輸送一定電力時,若能提高電壓則其電流相對地就會變小,也就可以減少電力的損失。因此若將導線改為超導電纜作為電力傳輸線裝置,可有效減少能量之損耗。 在儲能的應用上:可將超導材料以超導線材繞成線圈後,保持於極低溫時的超導態,並將電能儲存在超導線圈內,因為擄獲的磁場為永久電流所產生,在不消耗任何電力於線圈則此磁場將永久存在。超導磁儲能系統可以儲存非高峰期多餘的電能,以便高峰期使用。

超導體的發展歷程(下)(History of Superconductivity)

1957年,在美國伊利諾大學的巴丁(B. D. Bardeen)、古柏 (L. N. Cooper)及施里弗(J. R. Schrieffer)發表了著名的超導微觀理論,以他們名字首字母命名的BCS理論。描述電子在晶格中移動時會改變鄰近正電荷分佈,形成一個局域的高正電荷分佈,並吸引自旋相反的電子,形成古珀對。 BCS理論成功解釋了傳統超導的特性。巴丁、古柏、施里弗因此獲得1972年的諾貝爾物理學獎。...

超導體(Superconductor)應用(Applications)

超導體(Superconductor)應用(Applications)
國立台南第一高級中學二年級侯岳岑/國立台南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

超導體磁鐵 Superconducting magnets 是我們所知道最強而有力的電磁鐵,他們用於磁浮列車、核磁共振影像(MRI)、核磁共振(NMR)的機器以及用於粒子加速器作為操縱粒子束的射線指點(beam-steeming)磁鐵。他們亦可以被應用在顏料產業從事磁性分離:從較少(甚至沒有)磁性的微粒背景中萃取弱磁顆粒。