超導時代降臨,能量損耗從此為零!能源科技最終解:抗磁效應×磁浮原理×量子乾涉×材料應用,近代物理重大發現,創造接連不斷的科學奇蹟

超導時代降臨,能量損耗從此為零!能源科技最終解:抗磁效應×磁浮原理×量子乾涉×材料應用,近代物理重大發現,創造接連不斷的科學奇蹟 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

羅會仟
圖書標籤:
  • 超導
  • 能源科技
  • 抗磁效應
  • 磁浮
  • 量子乾涉
  • 材料科學
  • 物理學
  • 未來科技
  • 零損耗
  • 科學奇跡
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具體描述

科技生活的夢想藍圖 × 超導體入門必讀之作
 
二十一世紀,又稱超導的時代
磁浮列車、永續能源、節能火箭……
科幻電影中的神奇發明,即將成為現實!
 
  ▼超導體,到底是什麼東西?
  超導材料是指當溫度低於某個程度,該材料就會齣現超導現象。超導現象主要會呈現兩大特性:一個是「電阻為零」,即電流在超導體內部流動時,不會有損耗而能一直流通,成為永久電流;另一則是「完全反磁現象」,若外加磁場在超導體上,超導體會排除磁場,使磁力線完全不能通過。
 
  超導體自發現以來就被視為極有發展潛力的科學現象,但早期發現的超導材料如水銀、鉛、錫等超導臨界溫度都低於攝氏零下260度,經過科學傢經年纍月的努力,如今的超導體研究已被確認能應用在日常生活的諸多方麵。
 
  ▼超導體如何解決人類的能源危機?
  目前市麵上用以傳輸電力的銅線,傳輸時會造成電力損耗;若能改用零電阻的「超導電線」,就可以讓被浪費掉的電成為可運用的電。
 
  由於電力難以儲存,且能儲存的量有限。但若用超導材料繞成線圈,由於零電阻,可以讓電流永久流動,產生齣的磁場具有能量,讓人們用以儲存太陽能發電及風力發電的能源。
 
  而「超導馬達」也可以應用在風力發電機的改良上。由於超導磁場較強,方便研製尺寸更小的機器,產生的噪音也較小。
 
  ▼磁浮列車、電磁推進船……讓交通更方便!
  早在19世紀末,就已經有使列車上浮的構想,其中包括瞭運用氣球原理讓列車「漂浮」在鐵路上行駛,或是運用水流使列車運行。1922年,德國工程師赫爾曼提齣瞭利用「磁力」使列車懸浮的想法。直到1969年,德國製造齣一列利用「磁力」懸浮的小型列車,三年後日本亦研發齣磁浮列車。而在海運方麵,西元1992年,第一艘超導磁流體推進船「太和一號」於日本試航成功。
 
  這些運用超導體技術的交通工具,大多具備快速、安靜、汙染少的優點,極具未來科學研究及應用價值。麵對人口過剩、能源日益稀少的地球,科學傢們迫切要做的,便是找齣花費成本更低、生產更便利的超導材料。
 
本書特色
 
  本書主要介紹瞭超導從發現至今的歷史與超導現象的特性,並說明超導體分在能源與電力工業、產業與運輸、醫療與診斷以及通訊各領域上的應用情形。
好的,這是一份關於一本名為《超導時代降臨,能量損耗從此為零!能源科技最終解:抗磁效應×磁浮原理×量子乾涉×材料應用,近代物理重大發現,創造接連不斷的科學奇蹟》的圖書簡介,內容將著重於該書可能涵蓋的科學領域和曆史背景,同時避免提及您提供的原始標題或任何人工智能相關的痕跡。 --- 科技的臨界點:一場關於極限物理的史詩級探索 這部宏大的科普論著,深入剖析瞭二十世紀以來物理學最引人入勝的領域之一:物質在極端條件下展現齣的奇異特性,以及這些特性如何正在重塑人類文明的能源格局與交通運輸的未來。本書旨在為普通讀者搭建一座堅實的橋樑,跨越晦澀的數學公式,直抵那些決定未來科技走嚮的核心概念。 第一部:絕對零度邊緣的奧秘 人類對極低溫的研究從未停歇,它不僅是物理學傢驗證基礎理論的試驗場,更是通往全新物質相態的門戶。本書首先迴顧瞭低溫物理學的發展歷程,從最早期的液氦製備,到臨界溫度的不斷刷新。我們將追溯那些奠定基礎的先驅者們,他們的實驗室如同煉金術士的密室,在極端的寒冷中,尋求物質最本真的結構密碼。 零電阻的誘惑: 核心章節將聚焦於物質的宏觀量子現象。當溫度降至某一特定閾值時,某些材料展現齣的零電阻特性,徹底顛覆瞭傳統電學的認知。我們將詳細解析這種現象背後的微觀機製——電子對的形成與集體行為,探討從傳統型到高溫型的演變歷程,每一個突破性發現背後,都蘊含著無數次的嘗試與失敗。這種「完美導電性」的實現,意味著能量傳輸效率的理論極限,對全球電力基礎設施的影響將是革命性的。 第二部:駕馭看不見的力量——磁場的極緻運用 如果說零電阻解決瞭能量的傳輸問題,那麼如何高效地利用和控製磁場,則是實現下一代技術的關鍵。本書將深度剖析磁場在工程學中的應用潛力,特別關注其在「非接觸式」運動和約束中的角色。 反作用力的揭示: 我們將深入探討材料與磁場之間複雜的相互作用。特定材料在外部磁場中錶現齣的極端排斥特性,不僅僅是簡單的磁極相斥,而是源於其內在的電子結構對外來磁通量的激烈抵抗。這項特性,從基礎理論到實際應用,預示著摩擦力概念在特定係統中的消亡。 懸浮與軌道革命: 圍繞著這種極緻的磁場排斥力,本書描繪瞭一幅未來交通的藍圖。無須傳統的輪軸、無須複雜的機械傳動,列車或運輸載具能夠在導軌上方穩定地、高速地飛行。我們將分析不同懸浮技術的優劣、穩定性控製的難點,以及這種零磨損運行模式將如何極大地降低維護成本和能源消耗,開啟超高速地麵運輸的新紀元。 第三部:從宏觀到微觀——量子效應的工程實踐 近代物理學的兩大支柱——量子力學與相對論,為我們理解自然界提供瞭前所未有的工具。本書後續篇章,則將重點轉嚮如何將這些精妙的微觀規律,轉化為可操作、可量產的工程技術。 波的疊加與乾涉: 量子世界充滿瞭概率與疊加態。本書會以通俗易懂的方式介紹量子乾涉現象——兩個(或多個)波的相互作用,如何導緻特定區域的增強或抵消。當這一原理被引入到材料科學和精密測量中時,其威力便顯現齣來。我們將探討如何利用這種波粒二象性,來設計齣具有前所未有敏感度的感測器,甚至影響到材料的微結構,從原子層麵進行「精雕細琢」。 材料科學的邊界拓展: 能源與交通的突破,最終依賴於物質的極限性能。本書專門闢齣篇幅探討「新材料」的設計哲學。這不再是單純地混閤已知元素,而是基於對電子結構的精確計算和預測,去閤成齣具有特定功能的晶體結構、閤金或複閤體。從超穩定結構到具備特定光學或電學響應的物質,材料工程正以前所未有的速度進化,成為推動整個科技生態係統的基石。 結語:無限可能的未來 這本書不隻是一部技術迴顧,更是一部麵嚮未來的宣言。它清晰地展示瞭基礎物理學的突破是如何一步步纍積,最終匯聚成一場可能徹底改變人類生活麵貌的技術革命。從城市供電的效率提升,到全球範圍內高速、綠色的移動方式,這些曾被視為科幻的願景,正依賴於我們對極端物理現象的掌握與應用。 本書旨在激發讀者對科學的熱情,理解當前人類社會所處的科技臨界點,並展望一個能量消耗與環境影響被極大優化的嶄新時代的到來。

著者信息

作者簡介
 
羅會仟
 
  物理學博士。主要從事高溫超導機理的實驗研究,已發錶學術論文百餘篇,並獲得多個獎項。代錶作有《「無理」的物理》、《水煮物理》。在《物理》、《現代物理知識》、《科學》、《自然雜誌》等刊登若乾科普文章,參與撰寫《十萬個為什麼》(第六版物理捲)、《改變世界的科學叢書:物理學的足跡》等係列科普圖書。

圖書目錄

代序 百年超導,魅力不減
作者自序

第1章 啟濛時代
1 慈母孕物理:物理研究的起源
2 人間的普羅米修斯:電學研究的歷史
3 雞蛋同源:電磁學的背景知識
4 電荷收費站:電阻的基本概念
5 神奇八卦陣:材料結構與電阻的關係
6 秩序的力量:材料磁性結構與物性

第2章 金石時代
7 凍凍更健康:低溫物理的發展
8 暢行無阻:超導零電阻效應的發現
9 金鐘罩、鐵布衫:超導完全抗磁性的發現
10 四兩撥韆斤:超導磁浮的基本原理
11 鬥毆的藝術:超導量子乾涉的原理和應用
12 形不似神似:超導唯象理論
13 雙結生翅成超導:超導微觀理論
14 煉金術士的喜與悲:超導材料的早期探索

第3章 青木時代
15 陽關道、醉中仙:氧化物超導體
16 胖子的靈活與惆悵:重費米子超導體
17 朽木亦可雕:有機超導體
18 瘦子的飄逸與糾結:輕元素超導體
19 二師兄的緊箍咒:二硼化鎂超導體

第4章 黑銅時代
20 「絕境」中的逆襲:銅氧化物超導材料的發現
21 火箭式的速度:突破液氮溫區的高溫超導體
22 天生我材難為用:銅氧化物超導體的應用
23 異彩紛呈不離宗:銅氧化物高溫超導體的物性(上)
24 霧裡看花花非花:銅氧化物高溫超導體的物性(下)
25 印象大師的傑作:高溫超導機理研究的問題
26 山重水複疑無路:高溫超導機理研究的睏難
27 盲人摸象:超導研究的基本技術手段

第5章 白鐵時代
28 費米海裡釣魚:鐵基超導材料的發現
29 高溫超導新通路:鐵基超導材料的突破
30 雨後春筍處處翠:鐵基超導材料的典型結構
31 硒天取經:鐵硒基超導材料
32 鐵匠多麵手:鐵基超導材料的基本性質
33 銅鐵鄰傢親:鐵基和銅基超導材料的異同
34 鐵器新時代:鐵基超導材料的應用

第6章 雲夢時代
35 室溫超導之夢:探索室溫超導體的途徑與實現
36 壓力山大更超導:壓力對超導的調控
37 超導之從魚到漁:未來超導材料探索思路
38 走嚮超導新時代:超導機理和應用研究的展望

後記
圖片來源

圖書序言

  • ISBN:9786263576162
  • 規格:平裝 / 436頁 / 17 x 23 x 2.18 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

作者自序
 
  我第一次為超導著迷,是在2003年。
 
  那一年,我讀大三。在那個春夏之交的季節,SARS肆虐,所有學校都採取瞭停課封校措施。不上課的我們,除瞭在宿捨看《尋秦記》,在操場閒聊瞎逛外,還有大把時間坐在圖書館靜靜地看書。偶然發現的三本科普書:《超越自由:神奇的超導體》(章立源著)、《超導物理學發展簡史》(劉兵、章立源著)、《邊緣奇蹟:相變和臨界現象》(於淥、郝柏林、陳曉鬆著),帶我走進瞭神奇的超導世界。
 
  我第二次與超導結緣,是在2004年。
 
  那一年,我大四畢業,麵臨未來的抉擇。是選擇實現兒時的理想、父輩的期望,成為一名教師?還是選擇發掘自己的興趣,走上科學的道路,成為一名學者?我毫不猶豫選擇瞭後者。在經歷驚險的免試推薦環節後,我幸運地來到瞭中國科學院物理研究所,幸運地遇到瞭一位極其淵博、敬業的教授,幸運地開啟瞭我在超導國傢實驗室的五年碩博連讀生涯。博士生的生活,可以用清苦和枯燥來概括。我的工作,就是日復一日地「燒爐子」,用光學區域熔煉法生長銅氧化物高溫超導單晶並測量其電磁物性。生長瞭數十根單晶,測量瞭數百個樣品,得到瞭一堆可能並不是很有趣的數據。眼看畢業臨近,論文卻還遙遙無期,深感鬱悶和苦楚。然而在2008年,我又一次幸運地趕上瞭鐵基超導研究的熱潮,於是,論文和畢業,都不再是問題。
 
  我第三次和超導相戀,是在2009年。
 
  那一年,我博士畢業,又一次麵臨人生抉擇。物理所的同學們大部分都選擇瞭齣國留學,而我則曾一度懷疑自己的科學研究能力和英文能力,認為很難在科學研究的漫漫長路上走得很遠,在是否「逃離」科學研究圈的問題上猶豫不決。在一個普通的燒爐工作日,導師關切地問我工作的事情,我說想留在北京,可是很難找到閤適的工作。他緊接著問瞭一句:「為什麼不考慮留在物理所工作?新來瞭一位很厲害的研究員,我可以推薦你到他組裡啊!」我惶恐地點瞭點頭。於是,幸運又一次降臨,畢業、留所、工作,一氣嗬成。從助理研究員、副研究員到博士生導師,開啟瞭一個典型而艱苦的升級打怪之路。打怪打的不是別的,正是我博士期間遇到的鐵基超導體,隻不過研究內容換成瞭更高等級的中子散射,齣國做各種實驗和日常英文交流是必備技能。如今我已經帶著自己的博士研究生,在高溫超導的實驗研究領域,自信地發錶研究論文。超導,成瞭我科學研究生命裡再也分不開的那個「她」。
 
  從1911年發現超導現象開始,超導研究已經一百多年瞭,然而它依舊長盛不衰,吸引著全世界無數科學傢的注意力。不隻是因為那些絕對零電阻、完全抗磁性、宏觀量子凝聚等神奇物理現象及其巨大的應用潛力,還因為其中蘊含的深刻物理內涵可能帶來一場凝聚態物理的新革命,更因為超導研究道路總是充滿意外和驚喜。
 
  迴顧我那短短的科學研究之路,我非常幸運能遇到瞭超導的好時代。
  迴顧整個超導研究的歷史,我們會發現幸運和不幸,其實都不是偶然。
  迴顧和超導相關的物理發展之路,或許會發現,那個他或她,總會找到屬於自己的「小時代」。
 
  在「啟濛時代」裡,人們敬畏自然、理解自然,從普通的電磁現象,深入到瞭物質的內部結構和機製。
  在「金石時代」裡,超導現象被發現,初步認識瞭這個神奇的物理現象。
  在「青木時代」裡,超導材料大量齣現,各式各樣的新超導材料,沒有做不到,隻有想不到。
  在「黑銅時代」裡,高溫超導橫空齣世,物理學皇冠上的明珠,是那麼耀眼,紛繁複雜的物理現象,是那麼激勵人心。
  在「白鐵時代」裡,鐵基超導意外發現,超導傢族空前繁榮,非常規超導機理似乎觸手可及。
  在「雲夢時代」裡,室溫超導極具可能性,新超導材料如雨後春筍,超導機理研究不斷帶來重要啟示,我們甚至能暢想未來的超導世界,將如夢想般的美好。
 
  這一個接一個的「小時代」,科學傢的身影也越來越多,他們在超導研究領域取得瞭令世人矚目的成就,甚至有的已經引領凝聚態物理走嚮前去。
 
  我相信,在當今這個「小時代」,如果有你,會更精彩!
 
羅會仟

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