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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

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    中文書自然科普物理量子物理
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  • 作者: 羅會仟 追蹤 ? 追蹤作者後,您會在第一時間收到作者新書通知。
  • 出版社: 崧燁文化 追蹤 ? 追蹤出版社後,您會在第一時間收到出版社新書通知。
  • 出版日:2023/09/19

活動訊息

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內容簡介

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。

 

作者

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。

 

目錄

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

序/導讀

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

 

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    • 語言
    • 中文繁體
    • 裝訂
    • 紙本平裝
    • ISBN
    • 9786263576162
    • 分級
    • 普通級
    • 頁數
    • 436
    • 商品規格
    • 18開17*23cm
    • 出版地
    • 台灣
    • 適讀年齡
    • 全齡適讀
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