登陆注册
36026000000013

第13章 超导材料蓄电储能

超导材料是一种没有电阻的材料,既能节能,减少电能因电阻而消耗的能量,也能把电流储存起来,供急需时使用。

自从世界上以电力作为主要动力以来,就遇到两个令人头痛的问题,一是在输送电流时,不少电力因导线有电阻而发热,白白损失了相当多的电能。

另一个问题就是,白天的电力常常严重不足,而深夜的电力又大大富余,搞得发电机白天超负荷运转,深夜时却空转,电力白白浪费。

于是,能不能把夜间富余的电力储存起来以弥补白天电力不足的问题,就成了一大难关。20世纪90年代之前,大多是采用“抽水蓄能”的办法,即在电力富余的时间里,用多余的电力把处在位置较低的水库的水,抽到一个位置较高的水库内,等到电力不足时,立即从高位水库放水,进行水力发电,以保证电力系统正常运转。早在1892年,欧洲就建立了第一座抽水蓄能电站。到1989年,世界上至少有200多座这种电站分布在60多个国家和地区。我国在广州和北京十三陵也建立了两座大型的抽水蓄能电站。

但这种方法有不少缺点。一是抽水时本身要消耗大量电力,蓄能效率只有70%。而且建立高位水库占地面积大,每蓄存1000千瓦小时的电,需要建1400立方米的水库,而且这种方法调节电力余缺的反应速度慢。从缺电信号发出到蓄水池发电,通常要经过15分钟。这种速度很难满足现代的许多特殊用电要求,尤其是战争中需要快速反应时,蓄水发电常常延误战机。

1987年,美国国防部为适应“星球大战”的需要,决定建立一个用超导材料储电的蓄能装置,在和平时期可向居民供电,在导弹袭来时,可为激光武器供电,用激光摧毁导弹。

因为超导材料没有电阻,它的蓄能效率高,可以回收98%的多余电力。

超导材料为什么能储电呢?原因就在于它没有电阻,只要把电“注入”

超导线圈,电流就可以无休止地在线圈中流动也不会有损耗。

超导材料的发现和发展

在地球上,所有的元素和材料都有电阻,就是导电性最好的银、铜、铝也不例外。那么没有电阻的超导材料又是怎么发现的呢?

那是1911年,许多科学家发现,金属的电阻和它所处的温度条件有很大关系。温度高时它的电阻就增加,温度低时电阻减少。并总结出一个金属电阻与温度之间的关系的理论公式。这时,荷兰物理学家昂尼斯为检验这个理论公式是否正确,就用水银做试验。他把水银冷却到—40℃时,亮晶晶的液体水银像“结冰”一样变成了固体,然后,他把水银拉成细丝,并继续降低温度。同时测量不同温度下固体水银的电阻,当温度降到4K时,一个奇怪的现象发生了,水银的电阻突然变成了零。开始他不太相信这一结果,于是反复试验,但都是一样。这一发现轰动了世界的物理学界,后来科学家把这个现象叫超导现象,把电阻等于零的材料叫超导材料。

昂尼斯和许多科学家后来又发现了28种超导元素和8000多种超导化合物材料。但出现超导现象的温度大多在接近绝对零度的极低温,没有什么经济价值,因为制造这种极低温本身就很花钱而且很困难。

为了寻找在比较高的温度下没有电阻的材料,世界上无数科学家奋斗了近60年,也没有取得什么进展。直到1973年,英美一些科学家才找到一种在23K时出现超导现象的铌·储合金。此后这一记录又保持了10多年。

到1986年,在瑞士国际商用公司实验室工作的贝特诺茨和缪勒从别人多次失败中吸取了经验,放弃了在金属和合金中寻找超导材料的老观念,解放思想,终于发现一种镧铜钡氧陶瓷氧化物材料在43K这种较高的温度出现超导现象。这是一个了不起的成就,因此,他们两人同时获得了1987年的诺贝尔物理学奖。

此后,美籍华人学者朱经武,中国物理学家赵忠贤在1987年相继发现了在78.5K和98K时出现超导现象的超导材料。这样,超导材料就可以在液氮中工作。

更令人振奋的是,1991年美国和日本的科学家又发现了球状碳分子C60在掺钾、钯、钕等元素后,也有超导性。有些科学家预料,球状碳分子C60经过掺金属后,将来有可能在室温下出现超导现象。那时,超导材料就有可能像半导体材料一样,在世界引起一场工业和科技革命。因为没有电阻的材料用途极为广泛。用它输送电流不会损耗电力,用它作发电机可以做得很小,例如一台普通大型发电机需用15~20吨铜丝烧成线圈,如果用超导材料作线圈,只要几百克就够了,而发出的电力却一样。因此,超导材料是最好的能源材料。

同类推荐
  • 航天航空小百科-航天时代的奇迹

    航天航空小百科-航天时代的奇迹

    航天技术,是当代迅猛发展的新科学技术。本书展示的是当今人类探索宇宙秘密的创造性壮举,对当今人类进入太空、利用太空的奇迹有较全面的了解。
  • 图说高科技与现代交通

    图说高科技与现代交通

    21世纪交通运输发展必将是高新技术广泛应用,高速安全交通全面发展的时代。科学家们正在研究使汽车实现电子化、智能化,无需驾驶员干预;怎样使飞机的运载量更大、速度更快,更安全等等。各种现代交通工具的不断变化将深刻地影响和改变我们的生活方式和生活习惯。我们期待着“以人为本”,更安全、环保、智能和一体化的现代交通的出现,期待着交通堵塞问题能得到彻底解决。
  • 电磁兼容原理和应用

    电磁兼容原理和应用

    本书介绍电磁场的生物效应,以及电磁兼容分析的部分基础理论。在此基础上针对电力系统,特别是输变电系统的电磁兼容特点进行论述和讲解。
  • 图说来自太阳的能量—太阳能

    图说来自太阳的能量—太阳能

    生命起源需要能量,生命要维持和延续也需要能量。一定的温度条件也是生物生存和延续所必需的。太阳不仅给我们带来温暖和光明,也为我们提供了必需的能量。《图说来自太阳的能量--太阳能》从太阳能分类、开发途径、开发历史、太阳热能利用、空间太阳能、太阳能的利弊等多个侧面为读者详解了庞大的太阳能。
热门推荐
  • 星耀年代记

    星耀年代记

    当新时代的序曲奏响,星河战舰穿梭虫洞空间,钢铁机甲闪耀宇宙世界,正义长眠于尘埃,公理埋葬于炮火,这是一个由强者所主宰的时代。星耀历10年,帝国第三宇宙军奇袭攻克联盟索达卡要塞,和平的时代就此被终结,人类迎来了波澜壮阔的宇宙星战世纪。——摘自《星耀年代记-新时代起源》“在这个时代,英雄和魔鬼又有何区别呢。”ps:书友群:******
  • 淬武神通

    淬武神通

    淬身极致,可引气入体通五脏,固穴窍。炼化一颗神通种子成就无上神通。神通九重对应身体五脏四穴窍。神通九重之后是什么?佛曰:大自在道云:大长生
  • 万界无双毒书

    万界无双毒书

    本书想毒到各位,增强你们的抗毒性,如果有不毒的地方请说下!????????
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 只饮一杯清茶

    只饮一杯清茶

    ①为了报仇,一方势力的崛起,②算尽一切,到头来算输了自己深爱的人,这到底是错还是对…………
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 金陵故

    金陵故

    新书《沧泱尘》已开,连载中,希望可爱的你们继续多多支持!【前世今生】【无穿越】一个是商公之女,一个是天选之子,金陵城中,命定的相遇。他道:“皎皎兮似轻云蔽月,飘飘兮若回风之流雪。”她道:“民女今生只愿一生一世一双人。”他道:“本朝后宫惟有一后。”她道:“他的意思,我懂。”他道:“山无棱,江水为竭……”她道:“天地合,乃敢与君绝。”他道:“之前我本不信一见钟情,见到你后……我信了。”他道:“多谢!”他道:“不谢。”……人生这么苦,需要一点甜甜啊~不会太监,可放心入坑。
  • 我的世勋之她是我的

    我的世勋之她是我的

    主要是写:女主的后妈和后妈的女儿,联合欺负女主把女主赶出家门,可女主的爸爸就是做起事情犹犹豫豫的,想把女主赶出去又懒得管女主的,就发生了一系列的事情。
  • 火影的稚子

    火影的稚子

    她........没穿越,也没变身,就是一个火影居民在火影的故事(新手划水更新随缘)