03.06 用零阻值的导体(比如超导材料)将电压源短接会发生什么?


1:就按照题主所说的那样直接将超导体的两端与一节干电池相连,电池的电压是1.5伏特,以液氦冷却汞为电阻,环境温度为4.2K,电阻是上述的那个阻值,经过计算你会发现电流大得惊人,也就是说对于超导体,只要非常微弱的电压就能激发出超大的电流,看起来非常美好,但是别忘了这是计算出来的结果是没有考虑电池工作温度的;


2:假如这节电池是锌锰干电池,当温度在负20摄氏度时,电解质被冻成冰块,失去导电能力,所以电池放不出电来,更何况汞超导体是在零下268.95摄氏度的环境下,没有一点电压!所以电池不会发烫,也不会爆炸;如果这个时候你将电池拿开,用一段长长的导线将超导体两端连接到电池上,由于普通导线存在电阻且还会与低温接触,这时电池释放的电能就转化为导线上电阻释放的热能,导线越长电阻越大。以上的设想都是非理想的现实环境,那有没有比较可靠一点的理想环境呢?


3:其实是有的,从1954年开始,科学家们就努力地证明超导体的电阻为零,他们将一个铅制的圆环放在温度低于7.2K的环境中,然后利用电磁感应现象使圆环带上电流,这个实验相当于将电源和导线“整合”在了一起,最后科学家们发现在两年的时间内电流一直没有减小,这就说明圆环中没有电阻带来的热量损耗,超导体能够存储电能。

通过两个现象的对比可以发现,以人类目前的技术将超导与现实完美地结合起来还有点困难,很多都必须要在实验室才能完成,更别说将整个电路都放在极低的温度下,因为环境的变化必然导致材料的革命,从而带来成本就非常高。


恒星之力


很高兴回答这个问题,感觉这个问题也比较有意思,我单纯从电学角度来回答用超导体把电压源短接会发生什么。把电压源短接,在这里分两种情况来考虑,导线电阻肯定为0了,没争议,主要是电压源存不存在内阻。

考虑内阻

由于导线中不存在电阻把导线连到电源两端之后会形成一个回路,此时电压源两端的电压应全部被内阻分担,这种情况下电源内部和正常情况下短路现象应该一样,会产生大量的热量。

问题是超导线会不会产生热量?如果认为电源两端的电压全部被内阻分担,那么超导线不应该分担电压,也就是不会产生热量。假设产生热量,那么导线温度就会升高,总有一时刻会变成非超导体,这与假设相矛盾,所以应该不存在这种情况。

不考虑内阻

不考虑内阻这种下用超导体把电源两端连一块,问题是电源两端的电压被谁分担了?在同一节点上的电压应该相同,用超导体把电源两端变成了同一个节点,很明显这个节点是无法满足在同一节点上电压相同这个条件的,所以这种情况下应是不存在的。



这个问题只是想象,我能力也有限,只从电学角度来考虑的,有什么不足的地方还望大家补充。


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