季节整部剧的大结局,

一个好奇的观察者的量子力学指南,第7页:量子世纪

操纵量子器件一直是让社会令人陶醉的新超级大国。

一个好奇的观察者的量子力学指南,第7页:量子世纪
AURICH LAWSON / GETTY图片
最安静的革命之一我们本世纪一直是将量子力学进入日常技术。它曾经是量子效应被限制在物理实验室和精致的实验中。但现代技术越来越依赖于量子力学的基本操作,量子效应的重要性只会在几十年来上增长。因此,Miguel F. Morales的物理学家Miguel F. Morales已经采取了将量子力学解释为七部分系列(没有数学,我们承诺)的产物。下面是系列结局,但你总能找到故事的开始加上一个整个系列的登陆页面现场。

未来已经在这里了——只是分布不是很均匀而已威廉吉布森

作为工具的创造者,直到最近我们才能够使用量子力学。理解和操纵量子设备就像获得一种令人陶醉的新超级力量——我们现在可以建造的东西太多了,而这在几年前是不可能的。

在前面的文章中,我们遇到了一些这样的量子技术。其中一些,比如电视中的量子点,已经变得司空见惯;还有一些,比如光学钟,虽然存在,但仍然非常罕见。

因为这是最后一篇文章本系列我希望在不远的将来,量子技术可能会渗透到我们的日常生活中。我们不需要看得太远——我们今天将要探索的所有技术都已经存在了。他们中的大多数仍然是罕见的,被隔离在实验室或作为技术演示。还有一些隐藏在显而易见的地方,比如当地医院的核磁共振成像机或你办公桌上的硬盘驱动器。在本文中,让我们集中讨论一些我们在以前的文章中没有遇到的技术:超导、粒子极化和量子电子学。

当我们看这些量子技术时,设想生活在一个量子设备到处都是如此。在了解量子力学时,在技术上是什么意思是对日常技术理解的先决条件?

所以拿起你的双筒望远镜,让我们看看越来越多的山脊。

超导体

在正常导线中,您可以附上电池并测量电子移动通过它的速度(电流或电子的数量和速度)。推动电子通过压力(电压),并进行推动释放出一些热敏唤醒在房间加热器或吹风机中的线圈的红色辉光。通过材料推动电子的难度是电阻

但我们知道电子像波浪一样移动。当您在材料中冷却所有原子时,承载电流的电子波的尺寸变得更大。一旦温度足够低,这种波纹就可以从令人讨厌的微妙之处到达电子的定义特征。突然,电子波通过材料毫不弹地向上移动 - 电阻下降到零。

电子电极接管的温度取决于晶体所在的晶体,但总是冷,涉及温度,氮气或氦气变为液体。尽管对这种感冒保持了挑战,但超导是我们无论如何正在使用它的令人惊叹和有用的财产。

电磁铁。最广泛的超导性用于MRI(磁共振成像)机器中的电磁铁。作为一个孩子,您可以通过在钉子周围卷绕线并将电线连接到电池中来制造电磁铁。MRI机器中的磁铁类似,因为它只是电线的大线圈。但是当您有〜1000安培的电流流过电线时,保持磁铁工作变为昂贵的.它通常会看起来像世界上最大的空间加热器。

所以答案就是用一根特殊的线,在液氦中冷却。一旦它达到超导状态,你就可以把它插入电源并增加电流(这需要2-3天——这是一个伟大的插入MRI磁铁的视频).然后你拔掉磁铁,然后走开。因为没有电阻,只要你保持磁体冷却,电流就会继续流动。当医院安装一个新的核磁共振成像时,磁铁在安装时就会打开,然后拔掉电源,然后就一直开着。

超导磁体用于粒子探测器的超导磁体
放大 /超导磁体用于粒子探测器的超导磁体

核磁共振仪是最明显的例子,超导磁体实际上很常见。任何一个好的化学实验室或系都会在他们的核磁共振(NMR)机器和质谱仪中有几个超导磁体。超导磁体在大型强子对撞机的18公里处,它们以其他方式出现在物理系中。当我们有一个小本经营的项目时,我们从我实验室后面的储藏巷子里找来一个超导磁铁,然后翻新它。超导磁体制造商寄给物理学家精美的目录。

输电线路。下一个明显的应用是拉伸超导线并使用它来携带电力。世界各地有几个示范项目,这些项目使用超导电源线。与大多数工业应用一样,这只是一个发现超导体性能值得高价的情况的问题。随着价格下降,长途超导传输线可能变得至关重要,因为我们为电网增加了更可再生的太阳能和风能,能够无损船舶电力长距离,甚至可以脱离可再生能源的局部变化。

发电机和马达。如果您有强大的超导磁铁,则希望在发电机和电机中使用它们。尽管如此,冷却是一个问题,但是更强大的磁体可以使电机/发电机明显更小,更高效。这尤其诱人用于风力涡轮机(塔架上的重量减轻),以及用于船和飞机的电动驱动器(减轻重量和提高效率)。

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