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1 # 天涯鐵鉤
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2 # 壹點科譜
沒有電阻,事實上不用絕對零度就能實現,目前人類在有些方面就已經應用。我們稱沒有電阻的材料為超導體。
我們知道生活中電的傳導中,因為導體有電阻緣故,在輸送過程中,會出現損耗情況。科學家們也一直在考慮較小電阻問題,對各種金屬進行電阻研究。發現電阻是導體材料本身的電學性質,由導體的材料決定,且與溫度有關。
各種金屬的電阻是不同的。科學計算發現,在相同溫度下,銀的導電性是最好的。
超導體是當溫度降到超導臨界溫度以下時,導體內部結構發生了質的變化,那些自由電子不再是一群烏合之眾,而是兩兩結合組成了“電子對”進行有規則的移動,有次序地從晶格之間透過,形成了一條洪流,晶格無法阻攔了,電阻消失成為超導體。各金屬成為超導體所需的低溫也不同。
德國科學家在新一期學術期刊《自然》上報告說,他們發現在150萬巴(約合148萬個標準大氣壓)的壓強下,硫化氫可在零下70攝氏度的溫度下就呈現超導性。
所以,不用絕對零度,我們也能實現讓金屬電阻消失。
這個問題很好,尤其在超導成為熱門學科之後,相信很多人都有這樣的疑問,電阻會憑空消失嗎?接下來進行詳細解答。
1.絕對零度無法實現1912年,德國物理學家能斯特(W.Nernst,1864-1941)在他的著作《熱力學與比熱》中,將“熱學新理論”表述成 “不可能透過有限的迴圈,使物體冷到絕對零度。”這就是絕對零度不可能達到定律,也就是熱力學第三定律通常採用的表述方法。
由於物體內分子無規則運動的平均能量與溫度成正比,如果絕對零度能夠達到,則分子的平均動能為零,則分子將處於完全靜止狀態。而分子動理論對分子的熱運動有這樣的描述,“物體是由大量分子組成的,分子永不停息地做無規則運動”。因此,與分子動理論完全矛盾。
人類目前的低溫紀錄是在2003年,由德、美、奧地利等國科學家組成的一個科學小組改寫的,他們在實驗室中達到了僅比絕對零度高0.5納開爾文(1納開爾文等於10億分之1開爾文)的溫度,而此前的記錄是比絕對零度高3納開爾文。
2.假設達到絕對零度,金屬仍然有電阻金屬的電阻決定於本徵物理引數電阻率。因為金屬的電子濃度基本上不隨溫度而變化,所以決定電阻率的主要因素是電子遷移率,而電子遷移率與散射機理有關,分為兩類。
a 晶格振動散射。與溫度有關。
b 雜質、缺陷散射。與溫度無關。
金屬的總電阻率包含金屬的基礎電阻率和靜態缺陷電阻率,這就是著名的馬西森定律(Matthiessen Rule),公式表現為 ρ=ρ(T)+ρ" 式中:ρ(T)是與溫度有關的電阻率;ρ"是與雜質濃度、點缺點、位錯有關的電阻率。
因此,即使溫度降到0K,金屬固有的內部缺陷(溶質、位錯、空位等)仍然存在,使金屬具有殘餘電阻。
3.超導是一種宏觀量子效應超導可以在絕對零度以上獲得,卻不是基於原子“絕對靜止”的理論基礎。
以巴丁(J.Bardeen)、庫珀(L.V.Cooper)施裡弗(J.R.Schrieffer)的名字首字母命名的BCS理論,對常規超導現象進行比較全面的解釋。
BCS理論的核心是所謂的電-聲子相互作用的電子配對,BCS理論把超導現象看作一種宏觀量子效應。它提出,金屬中自旋和動量相反的電子可以配對形成所謂“庫珀對”,庫珀對在晶格當中可以無損耗的運動,形成超導電流。
巴丁、庫珀和施裡弗因為提出超導電性的BCS理論而獲得1972年的諾貝爾物理學獎。
在1986年之前,BCS理論的預言一直成立,這個神話般的預言終於在1986年被打破,瑞士科學家柏諾茲和繆勒首先發現氧化物高溫超導體,將超導溫度提高到30K,很快美國華裔科學家朱經武和中科院物理所趙忠賢領導的研究組,他們先後把超導轉變溫度推到液氮溫區(77K以上),此後朱經武的研究小組又把超導轉變溫度提高到令人不可思議的164K。
所以,對超導的深入研究仍然在進行中。目前可以確定的是,超導理論是一種全新的物理概念,需要打破經典框架束縛,才能獲取突破。
您清楚了嗎。