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×量子干涉×材料應用,近代物理重大發現,創造接連不斷的科學奇蹟 (電子書)

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×量子干涉×材料應用,近代物理重大發現,創造接連不斷的科學奇蹟 (電子書) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

羅會仟
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具体描述

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,該材料就會出現超導現象。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,經過科學家經年累月的努力,如今的超導體研究已被確認能應用在日常生活的諸多方面。
 
  ▼超導體如何解決人類的能源危機?
  目前市面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,產生出的磁場具有能量,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,其中包括了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出了利用「磁力」使列車懸浮的想法。直到1969年,德國製造出一列利用「磁力」懸浮的小型列車,三年後日本亦研發出磁浮列車。而在海運方面,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。面對人口過剩、能源日益稀少的地球,科學家們迫切要做的,便是找出花費成本更低、生產更便利的超導材料。
 
本書特色
 
  本書主要介紹了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。
探索未來的能源革命:劃時代的科學突破與應用 書名:能量的無限疆界:從古典物理到前沿科技的能源轉型 簡介: 這是一部深入探討人類能源發展歷程,並展望未來能源形態的宏大著作。本書不僅僅是一本技術手冊,更是一場關於人類文明如何應對能源挑戰的深刻哲思之旅。我們將從歷史的長河出發,回顧人類文明如何依賴化石燃料推動工業革命,隨後深入分析當前全球能源結構面臨的困境與轉型壓力。 第一部:能源的歷史迴響與現代困境 人類文明的每一次飛躍都與能源獲取能力的提升緊密相連。從鑽木取火到蒸汽機的轟鳴,能源一直是社會進步的核心驅動力。本書將詳細梳理煤炭、石油、天然氣等傳統能源的興衰史,剖析它們在推動經濟增長和全球化進程中所扮演的角色,同時毫不迴避地揭示其帶來的環境後果——氣候變遷、資源枯竭與地緣政治的緊張局勢。 進入21世紀,我們面臨著前所未有的能源需求增長與環境保護的雙重壓力。本書聚焦於當代能源轉型的迫切性,系統闡述了太陽能、風能、水力、地熱等可再生能源的技術現狀、規模化挑戰以及它們在構建去中心化能源網絡中的潛力。我們將深入探討儲能技術(如先進電池化學、壓縮空氣儲能)在解決間歇性問題上的關鍵作用,以及智能電網如何優化能源分配效率。 第二部:跨越物理極限的探索 本書的第二部分將帶領讀者進入當代物理學的前沿領域,探索那些有望徹底顛覆現有能源格局的基礎科學突破。 聚變能的黎明: 我們將詳細解析核聚變反應的原理,從托卡馬克裝置到慣性約束聚變,追蹤科學家們如何努力模擬太陽的核心過程,以期實現幾乎無限、清潔的能源。本書會客觀分析當前ITER等國際合作項目的進展、面臨的工程學難題,以及何時我們能真正看到「淨能量增益」的實現。 量子效應與新材料的碰撞: 本書不談及任何已證實的超導應用,而是聚焦於當前基礎研究中那些引人入勝的量子現象如何為未來能源技術鋪路。我們將探討拓撲絕緣體在低耗能電子學中的潛力,以及納米材料在光電轉換效率提升上的理論極限。此外,我們還會介紹如何利用量子模擬器來設計具有特定電學和熱學性質的全新催化劑,加速綠色氫能的生產過程。 熱力學的邊界探索: 雖然能量守恆定律是宏觀世界的基石,但本書將探討在極端尺度下(如量子熱力學)對能量轉化效率極限的重新認識。從朗道爾原理(Landauer's Principle)到熱機在微觀層面的行為,這些基礎研究為我們理解和優化能量耗散提供了全新的視角。 第三部:能源系統的智慧化與未來圖景 能源革命不僅是技術的迭代,更是系統層面的重塑。本書的第三部分著眼於未來的能源基礎設施。 數據驅動的能源決策: 人工智慧(AI)和機器學習(ML)正在如何革新能源系統的管理?本書探討了AI在預測能源需求、優化電網負載平衡、診斷設備故障等方面的應用。我們將解析「數位孿生」(Digital Twins)技術如何被用於模擬城市級別的能源消耗模式,從而實現更精確的資源調配。 化石燃料的謝幕與碳捕集技術: 儘管轉向可再生能源是長期目標,但如何在過渡期內負責任地處理現有化石燃料的排放,成為關鍵議題。本書將全面評估直接空氣捕集(DAC)、生物能源與碳捕集和封存(BECCS)等負排放技術的成熟度、經濟可行性及潛在的環境風險。 太空能源的設想: 拋開地球資源的限制,本書還會展望太空太陽能發電(SSP)這一宏大構想。我們將分析將大規模太陽能陣列部署於地球靜止軌道,並以微波或激光形式傳輸能源回地球的可行性,以及由此帶來的基礎設施與安全挑戰。 結論:以倫理與政策引導科技 最終,本書強調,能源轉型的成功不僅取決於科學的突破,更依賴於健全的全球政策、合理的經濟激勵以及公平的社會分配。我們必須在追求科技奇蹟的同時,嚴肅對待能源獲取過程中的社會公平性、技術普及率以及對全球貧困地區的影響。這是一場關乎人類集體未來的宏偉工程,需要科學家、工程師、政策制定者和公眾的共同參與。 適合讀者: 能源領域的專業人士、對氣候變遷和可持續發展高度關注的公眾、物理學與工程學的愛好者,以及對人類未來發展方向感興趣的決策者。

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,已發表學術論文百餘篇,並獲得多個獎項。代表作有《「無理」的物理》、《水煮物理》。在《物理》、《現代物理知識》、《科學》、《自然雜誌》等刊登若干科普文章,參與撰寫《十萬個為什麼》(第六版物理卷)、《改變世界的科學叢書:物理學的足跡》等系列科普圖書。

图书目录

代序 百年超導,魅力不減
作者自序

第1章 啟蒙時代
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 四兩撥千斤:超導磁浮的基本原理
11 鬥毆的藝術:超導量子干涉的原理和應用
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困難
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 鐵匠多面手:鐵基超導材料的基本性質
33 銅鐵鄰家親: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 走向超導新時代:超導機理和應用研究的展望

後記
圖片來源

图书序言

  • ISBN:9786263576162
  • EISBN:9786263575943
  • 規格:普通級 / 初版
  • 出版地:台灣
  • 檔案格式:EPUB流動版型
  • 建議閱讀裝置:手機、平板
  • TTS語音朗讀功能:無
  • 檔案大小:58.1MB

图书试读

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,所有學校都採取了停課封校措施。不上課的我們,除了在宿舍看《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》(于淥、郝柏林、陳曉松著),帶我走進了神奇的超導世界。
 
  我第二次與超導結緣,是在2004年。
 
  那一年,我大四畢業,面臨未來的抉擇。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?我毫不猶豫選擇了後者。在經歷驚險的免試推薦環節後,我幸運地來到了中國科學院物理研究所,幸運地遇到了一位極其淵博、敬業的教授,幸運地開啟了我在超導國家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。生長了數十根單晶,測量了數百個樣品,得到了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了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,又一次面臨人生抉擇。物理所的同學們大部分都選擇了出國留學,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,可是很難找到合適的工作。他緊接著問了一句:「為什麼不考慮留在物理所工作?新來了一位很厲害的研究員,我可以推薦你到他組裡啊!」我惶恐地點了點頭。於是,幸運又一次降臨,畢業、留所、工作,一氣呵成。從助理研究員、副研究員到博士生導師,開啟了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,只不過研究內容換成了更高等級的中子散射,出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,自信地發表研究論文。超導,成了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了,然而它依舊長盛不衰,吸引著全世界無數科學家的注意力。不只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。
 
  回顧我那短短的科學研究之路,我非常幸運能遇到了超導的好時代。
  回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。
  回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「啟蒙時代」裡,人們敬畏自然、理解自然,從普通的電磁現象,深入到了物質的內部結構和機制。
  在「金石時代」裡,超導現象被發現,初步認識了這個神奇的物理現象。
  在「青木時代」裡,超導材料大量出現,各式各樣的新超導材料,沒有做不到,只有想不到。
  在「黑銅時代」裡,高溫超導橫空出世,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,超導家族空前繁榮,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」,科學家的身影也越來越多,他們在超導研究領域取得了令世人矚目的成就,甚至有的已經引領凝聚態物理走向前去。
 
  我相信,在當今這個「小時代」,如果有你,會更精彩!
 
羅會仟

用户评价

评分

從讀者的角度來看,一本好的科普書最困難的任務就是處理“奇蹟”與“科學”之間的關係。如果只是羅列實驗數據,讀者很容易感到枯燥;如果過度渲染,則會失去可信度。這本書的副標題直接點明了幾個關鍵的科學支柱,這給我一種紮實的預期:它會把焦點放在“如何實現”而非僅僅“會實現什麼”。我對“磁浮原理”在能源傳輸或儲存中的創新應用特別感興趣。這是否意味著未來可以有更高效的能量緩衝系統,或者在近距離傳輸中完全擺脫傳統線路?電子書的形式也意味著它可能具備豐富的多媒體元素,我衷心希望作者能夠善用這一點,例如加入一些動態模擬圖,來展示電子在超導材料中無阻力流動的場景,或者磁場如何穩定地將物體懸浮起來。如果這本書能像一部精心製作的紀錄片一樣,在視覺和概念上同時給予讀者震撼,那麼它就絕對值得強力推薦給所有對未來抱有好奇心的人。

评分

这本书的名字实在太抓人眼球了,《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×量子干涉×材料應用,近代物理重大發現,創造接連不斷的科學奇蹟 (電子書)》。光是看到“能量損耗從此為零”這幾個字,我就立刻被勾住了。我最近剛好在關注新能源和永續發展的議題,想找一些真正能帶來顛覆性思維的書籍。這本書似乎正好瞄準了這個痛點,它不只是談論改良現有技術,而是直接指向了物理學層面的終極解決方案。我預期這本書會深入淺出地解釋複雜的超導體原理,像是那些聽起來就很科幻的“抗磁效應”和“量子干涉”是如何被實際應用到能源傳輸和儲存上的。更讓人興奮的是,它將這些尖端理論與“材料應用”這個實務環節緊密結合,這意味著書中可能包含了許多具體的案例分析,展示科學家們如何將理論轉化為可操作的技術藍圖。我特別好奇,作者是如何平衡學術的嚴謹性和大眾的可讀性,畢竟要讓非物理專業的讀者也能理解“近代物理重大發現”如何引發“科學奇蹟”,這對作者的敘事能力是個極大的考驗。總之,這本書在我心中已經被標記為近期必讀的科普力作,希望能從中汲取到對未來能源圖景的全新認知。

评分

這本電子書的封面設計和標題給人一種強烈的時代轉折感,彷彿我們正站在一個新的能源紀元的門檻上。作為一個常年關注全球氣候變遷和能源轉型議題的讀者,我對任何能提供根本性解決方案的技術都抱有高度熱情。我尤其感興趣的是,書中如何界定和描述“超導時代”的具體樣貌?難道我們真的要進入一個完全不需要考慮電能散失的時代了嗎?這對現有的電網基礎設施、電動車乃至於資料中心的運算效率將帶來怎樣翻天覆地的改變?書名中並列了四個關鍵詞:抗磁、磁浮、量子干涉、材料。這四者的有機結合,暗示了作者試圖構建一個全景式的敘事框架。我希望它能像一個優秀的導遊,帶領讀者穿越物理學的叢林,理解這些看似獨立的概念是如何在超導體這個單一載體上完美融合,最終推動一場真正的能源革命。如果它能讓讀者在讀完後,對“零損耗”的未來不再是空泛的想像,而是基於紮實的物理基礎,那麼這本書就非常成功了。

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說實話,我對這種標題極度誇張的科技書籍通常抱持著三分懷疑七分期待的態度。畢竟,科技進步是漸進的,一下子說“零損耗”和“最終解”,聽起來更像是科幻小說的開場白而非嚴謹的科普讀物。但我翻閱了一下目錄結構,發現它涵蓋了從基礎的磁浮原理到更深層次的量子效應,這構成了一個相當完整的知識體系。我關注的重點在於它對“抗磁效應”的闡釋,因為這是理解完全抗磁性的核心。如果作者能清晰地描繪出宏觀現象背後的微觀機制,並解釋這種效應如何克服傳統電力傳輸中電阻帶來的熱量損失,那這本書的價值就遠超一般的科普讀物了。我也很期待它如何處理“材料應用”的部分,因為從理論到實踐往往存在巨大的鴻溝,書中如果能展示一些新型超導材料的特性和它們在不同工業領域的潛在應用場景,那將會是非常有啟發性的。我希望這本書能提供的不僅是知識的堆砌,更是一種對科學突破的樂觀和對人類解決重大問題能力的信心。

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最近幾年,關於高溫超導的研究總是在媒體上製造一些小波瀾,但總感覺缺少一本能將這些零散的進展系統化、並賦予其宏大願景的著作。這本《超導時代降臨》似乎正試圖填補這個空缺。我比較期待它在闡述“量子干涉”如何被用於增強超導性能方面的深度。這聽起來已經接近前沿物理實驗室的成果,如果書中能用清晰的圖解或類比來解釋這些高階的量子現象,對於提升讀者的物理素養將是極大的幫助。另外,標題中提到“近代物理重大發現”,這讓我聯想到愛因斯坦、波恩等大師的理論是如何在這個領域中發揮作用的。我希望這本書不只是在介紹技術,更是在回溯科學思想的演變歷程,讓讀者理解當前技術突破背後的思想基礎。如果它能成功地將歷史脈絡、前沿理論與未來應用編織在一起,那麼它就不僅僅是一本科技書,更是一部關於人類求知精神的史詩。

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