“可能是新飞行方式的革命”的背后原理

神圣军医

http://bbs.5imx.com/bbs/viewthread.php?tid=545555&;extra=&page=1
原帖在这，视频很震撼，很多人问原理，我来讲吧
我只不过说了句我算个业内人士，这个视频很多国内大学都能做，当然没这么震撼了，比如随便一搜就有电子科大的这个http://v.ku6.com/show/wUl2XaepLN7cInr2.html，居然还有愤青骂我，做人真难
很多人认为“山寨有难度”其实不要说模型了，日本的磁悬浮列车就是用的这个，早就大规模应用了

人类可以直接观察到的量子化现象，有两种，超导悬浮，液氦超流，二者都是独特的反重力行为，原理牵涉量子物理，理论艰深不做解释，只讲现象
先讲液氦超流，
氦气冷却到零下268度时变成液态，此时液氦类似于烧开水那样的剧烈沸腾，再继续冷却到零下271度时，突然归于平静，此时进入量子化超流动性，可以自己沿着玻璃杯的壁面往上爬到外面，即液体为零摩擦力，视频可以自己百度，很多的

接着讲超导悬浮
高中物理说过：某些物质在极低温下变成超导，0电阻
其实那个视频真的非常非常简单，制作一块钇钡铜氧晶体块材，放在磁铁上面，浇液氮，然后就自己浮起来了，这种悬浮不同于电磁悬浮，你可以想象，如果把两个普通磁铁，N对N的悬浮非常困难不稳定，但超导悬浮就异常稳定，用手把他往边上拨一下，他会自己回到原来位置，当然也可以像视频那样，斜着摆就斜着稳定悬浮，竖着摆就竖着稳定悬浮，这和晶体制作有关系

最早超导发现于液汞中，没有外加电压，液汞中循环电流经历了2年之久没有任何衰减，实验者本人都厌烦了，零电阻性由此而来
后来又发现了一个现象“迈纳斯效应”：完全抗磁性，即超导体可将外界磁场完全排除掉，内部无磁场，至于为什么，简单的说就是根据楞次定律，超导体表面很薄的一层里产生的很强大的感应电流，抵消的外磁场的入侵，没看懂的不必深究
请注意：抗磁性和零电阻性是两个完全独立的性质，同时具备这两个条件才算超导，这也是超导和理想导体0电阻的区别
以上作为预备知识

那么肯定有人问，超导既然是零电阻的，那电流岂不是可以很大很大？是不是可以无限大呢？
电流可以很大（我自己大学实验室就能做到兆安级）但超过最大值后，超导就不超了
超导与三个因素有关，温度，电流，磁场，即只有在临界温度以下，临界电流以下，临界磁场以下，超导才能超，三者任何一个高了，就失去超导性

早期发现的超导体，临界温度很低，需要用液氦冷却（温度4K），才能超导，液氦非常贵230元一升，直到1988年 2 月 24 日，中 国中科院物理研究所赵忠贤宣布，液氮温区超导体起始转变温度在 100K 左右，突破液氮沸点 77K ，对人类具有划时代的意义。原因很简单，液氮才3元一升，便宜啊，只要泡在液氮中就超导了
这种超导体，被称为第二代高温超导体，主流为钇钡铜氧，就是上面视频的材料

新的问题出题出来了，第二代高温超导体都是陶瓷材料（科学上说的陶瓷不是家里花瓶那种陶瓷！）在常温下，这些不是导体甚至连半导体都不是，这些材料也不能做成电缆，而且更为重要的是，陶瓷材料要超导必须具有良好的单晶性质，如果没有单晶性，那即使到了低温，也难超导！
补充知识：什么叫单晶，固体物理把自然界物质分为3类，单晶，多晶，非晶，99%的物质都非晶的，单晶最好的例子就是钻石，指的是组成原子规则排布，自然单晶都是深山老林里的，晶莹剔透，这种材料各种物理性质非常非常好，集成电路等都需要单晶材料，人造单晶条件苛刻，提纯啊高温啊高压啊催化剂啊之类一样都不能少，所以，制造成本是大问题，也是模友不能DIY的原因

于是第二代高温超导的实用分为两派
1，利用零电阻性，做成皮带那样的薄膜带材的电缆（我就做的这个工作），传输几千公里的电力没有电阻损耗，目前我 国已经在1个小城市铺设这种电缆开展试点，电缆也已经商品化了
2，利用抗磁性，做成块材，像视频那样，装磁悬浮列车，目前日本的磁悬浮就是超导体的（早已运营），德国则是传统的电磁悬浮，超导悬浮的好处是列车离地可达10厘米左右，电磁悬浮则在1厘米左右

上面的视频，用的就是第二种
接下来解释为什么超导悬浮是极其稳定，又能像视频中间那样沿着轨道跑
上面说过超导三条件：临界温度电流磁场，超出其中一个就失去超导性，第二代高温超导体相对第一代，多一个重要性质，就是出现了混合态，有两个临界磁场，当磁场增大到超过第一临界磁场后，超导体的完全抗磁性被破坏，成了部分抗磁了，当超过第二临界磁场后，才失超，也就是说，混合态是超导与非超导的混合态

在制造超导块材过程中，存在一些缺 陷，并不是完美的单晶体，当磁场突破第一临界后，缺 陷处首先失去超导性，磁力线从这里穿入，请注意，此时缺 陷周围任然是超导的，任然具有完全抗磁性，因此穿入的这条磁力线就被牢牢束缚在了缺 陷位置，由此造就了视频一开始的超导体的稳定磁悬浮，这有个专业名词“磁通钉扎”效果和制造过程中的工艺有关

至于为什么会沿着磁铁的固定轨道跑，这个文字解释实在困难，有兴趣的可以按照我上面讲的理论自己理解，已经晚上11点半了，我先睡觉了:em15:

[ 本帖最后由 神圣军医 于 2011-11-8 07:55 编辑 ]

全球鹰

LZ以你的智商我很难和你说清楚(非贬义)..:em15: :em15:

123_123

看来超导前途有限，期待真正“UFO”技术出现:em14:

风飞沙扬

通篇都是说超导，感觉不新奇了，我更关心的是视频中讲的磁场锁定……

zzisflying

这个0电阻的电缆很有前景啊，不知道成品价格几何啊？

uery

谢谢分享:em00:

Edward

原理三句话就能说明白：

当磁力线企图穿越物体时，会在物体内感应出一个电流，而这个电流又会感应出一个磁场，抵抗原磁场。当物体非超导时，这个电流由于物体电阻，会在极短时间内耗尽，原磁场磁力线进入物体。当物体是超导体时，这个电流会一直存在，感应的磁场一直抵抗原磁场进入，故物体能由于两个磁场相互抵抗而悬浮。

这也就是磁悬浮的概念。关键是如何保持物体处于超导状态。

[ 本帖最后由 Edward 于 2011-11-8 00:22 编辑 ]

yyqop01

原帖由 Edward 于 2011-11-8 00:21 发表
原理三句话就能说明白：

当磁力线企图穿越物体时，会在物体内感应出一个电流，而这个电流又会感应出一个磁场，抵抗原磁场。当物体非超导时，这个电流由于物体电阻，会在极短时间内耗尽，原磁场磁力线进入物体。当 ...

所以这块东西加了液氮，可以看到上面的液氮不停滴蒸发

神圣军医

接着昨天的说，为什么能沿着轨道前进，而不会飞出去？
其本质是，轨道是磁场的，超导体被约束在磁场内，
上面讲到，1根磁感应线穿透了超导体的缺 陷部位，被束缚在了缺 陷部位，当超导体要飞出磁场区域时，这根磁感应线强度减弱，根据楞次定律，缺 陷周围的超导体感生出超导电流，已抵抗磁场的减弱，这种电流不会随消耗，直到磁场恢复原来水平为止，因此，超导体的感生磁场相当于一个新的磁铁，和底下的磁场轨道相互吸引，把超导体又拉回到了轨道磁场区域，这就是不会飞出轨道的原因

上图看看楼下的大门:em15:

神圣军医

原帖由 Edward 于 2011-11-8 00:21 发表
原理三句话就能说明白：

当磁力线企图穿越物体时，会在物体内感应出一个电流，而这个电流又会感应出一个磁场，抵抗原磁场。当物体非超导时，这个电流由于物体电阻，会在极短时间内耗尽，原磁场磁力线进入物体。当 ...

好吧，可能我没说清楚，我再说一遍，纯粹的超导体是不能磁悬浮的，这也是为什么第一代低温超导体不能磁悬浮的原因

yxlcc

学习了。

foxdingding

明白了，缺 陷的美！
我原来的知识都是第一代的。

seibu

@#￥%%……&*（（*）——）（*&……%￥#@
我完全看不懂:em15:

Edward

原帖由 神圣军医 于 2011-11-8 08:35 发表

好吧，可能我没说清楚，我再说一遍，纯粹的超导体是不能磁悬浮的，这也是为什么第一代低温超导体不能磁悬浮的原因

神医，我在661研究所搞铌三锡的时候，你还在读书吧。
把简单的事复杂化是很简单的，把复杂的事简单化是很复杂的。
你硬把问题复杂化，是没有意义的。

神圣军医

原帖由 Edward 于 2011-11-8 20:07 发表

神医，我在661研究所搞铌三锡的时候，你还在读书吧。
把简单的事复杂化是很简单的，把复杂的事简单化是很复杂的。
你硬把问题复杂化，是没有意义的。

啊呀，好吧，装B失败。。。撞到前辈手里了，我认栽。。。。:em15:

涛声依旧TSYJ

:em26:

夜影

综合两位高手的观点，总算明白了个大概，简单总结一下：

当超导体受到的磁场变强时（例如向磁铁中心靠近），超导体会因为电磁感应而产生一个与磁铁相排斥的磁场，逼使超导体远离磁铁，但当超导体开始远离时，磁场会变弱，因产生的感应电流运动方向相反，所以此时反而会产生一个与磁铁相吸引的磁场，逼使超导体向磁铁靠近，最终超导体会保持在原始位置不变。不过，因为超导体能承受的电流是有限的，所以只要施加足够大的力，就能打破这种磁场禁锢，令超导体改变位置（例如视频中用手来改变超导体与磁铁的相对位置）~

如果我的推论是正确的，那就算是第一代超导体也应该能稳定悬浮才对~:em22:

夜影

再精简总结一下：

超导体其实就是一种可以随外加磁场强度变化而自动改变自身磁场强度和磁极的智能磁铁~:em15:

xianglei6619

哈哈，UFO是这样DIY的

foxdingding

等磁场和引力场统一的话，UFO就出现了