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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
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。
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。
- 代序 百年超導,魅力不減
- 作者自序
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第1章 啟蒙時代
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1 慈母孕物理:物理研究的起源
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2 人間的普羅米修斯:電學研究的歷史
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3 雞蛋同源:電磁學的背景知識
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4 電荷收費站:電阻的基本概念
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5 神奇八卦陣:材料結構與電阻的關係
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6 秩序的力量:材料磁性結構與物性
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第2章 金石時代
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7 凍凍更健康:低溫物理的發展
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8 暢行無阻:超導零電阻效應的發現
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9 金鐘罩、鐵布衫:超導完全抗磁性的發現
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10 四兩撥千斤:超導磁浮的基本原理
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11 鬥毆的藝術:超導量子干涉的原理和應用
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12 形不似神似:超導唯象理論
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13 雙結生翅成超導:超導微觀理論
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14 煉金術士的喜與悲:超導材料的早期探索
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第3章 青木時代
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15 陽關道、醉中仙:氧化物超導體
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16 胖子的靈活與惆悵:重費米子超導體
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17 朽木亦可雕:有機超導體
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18 瘦子的飄逸與糾結:輕元素超導體
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19 二師兄的緊箍咒:二硼化鎂超導體
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第4章 黑銅時代
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20 「絕境」中的逆襲:銅氧化物超導材料的發現
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21 火箭式的速度:突破液氮溫區的高溫超導體
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22 天生我材難為用:銅氧化物超導體的應用
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23 異彩紛呈不離宗:銅氧化物高溫超導體的物性(上)
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24 霧裡看花花非花:銅氧化物高溫超導體的物性(下)
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卿本絕緣何導電
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真真假假贗能隙
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斷斷續續費米弧
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扭扭捏捏d波對
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拉拉扯扯非常規
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25 印象大師的傑作:高溫超導機理研究的問題
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26 山重水複疑無路:高溫超導機理研究的困難
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27 盲人摸象:超導研究的基本技術手段
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「透視盲人」—晶體繞射技術
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「辨味盲人」—成分分析技術
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「顯微盲人」—電子顯微技術
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「搬運盲人」—輸運測量
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「光電盲人」—光電子能譜
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「多面盲人」—中子散射譜
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「顫核盲人」—核磁共振譜
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「觸電盲人」—掃描穿隧能譜
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「電動盲人」—拉曼和紅外光譜
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「磁敏盲人」—緲子自旋共振/旋轉/弛豫譜
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「振X盲人」—共振非彈性X射線譜
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第5章 白鐵時代
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28 費米海裡釣魚:鐵基超導材料的發現
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29 高溫超導新通路:鐵基超導材料的突破
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30 雨後春筍處處翠:鐵基超導材料的典型結構
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31 硒天取經:鐵硒基超導材料
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「七十二變」的晶體結構
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「蛛網交織」的物理相圖
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「單薄纖毫」的高溫超導
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「兩頭多臂」的孿生超導
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「流量可控」的超導電性
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「扭曲破缺」的能隙結構
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「實有其表」的拓撲超導
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32 鐵匠多面手:鐵基超導材料的基本性質
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多電子軌道
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多載流子類型
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多費米面/能帶
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多超導能隙
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33 銅鐵鄰家親:鐵基和銅基超導材料的異同
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結構與費米面
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電子態與相圖
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磁性與自旋漲落
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電子關聯強度
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34 鐵器新時代:鐵基超導材料的應用
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第6章 雲夢時代
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35 室溫超導之夢:探索室溫超導體的途徑與實現
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36 壓力山大更超導:壓力對超導的調控
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37 超導之從魚到漁:未來超導材料探索思路
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超導的漏網之魚
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超導的意外之魚
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超導的電控之魚
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超導的擬態之魚
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從拓撲絕緣體到超導
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編織超導的漁網
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38 走向超導新時代:超導機理和應用研究的展望
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超導研究的巨大魅力
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超導材料探索趨勢
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超導機理研究方向
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超導應用的未來前景
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- 後記
- 圖片來源
- 版權頁
- 出版地 : 臺灣
- 語言 : 繁體中文
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