光电效应与超导效应

桶、石头、沙子和水

我们先讲一个故事，相信很多人都听过，就是桶里装东西，先装满石头，再往里装沙子，再往里倒水，这样这个桶里基本就装满了。 现在做一个假设，即桶底是空的，但是石头卡在桶里，这样我们往下倒沙子，那么沙子就可以快速往下流而石头不能；接着这个桶里有恒定的沙子流过，再倒入水，水一样可以在桶中快速流动，几乎不受阻碍。如果流量不够，我们可以提高压强来提高流速以此获得足够的流量。 再者如何保证水流方向完全受到控制而不流失呢？

1)      桶不能漏，水就不会流失。

(资料图片)

2)      水通过的载体和通道不吸收水。

3)      载体内容物与载体都不吸收水且之间不会破坏腐蚀形成隧洞而流失水。

同样电流通过导体也是如此。

超导的形成

这时我们再回过头来看超导效应即导体的电阻变为零的现象。可以大大提高能源的储存效率和转化效率。所以我们可以了解到超导的结果是让电流提供的电能不会损耗，进一步微观程度描述就是电荷不会在导体中逸散出来。 在今天电磁已经被证明是同一种效应的不同表现，因而很容易得出超导的前提必然是形成一个超级磁体，这就是迈纳斯效应——悬浮效应。因为外加磁场会改变电荷的自动方向，当内部形成一个封闭磁场与外界对抗，那么导体中的自由电荷的运动方向就会稳定得多，从而降低导体电阻。（这也是为什么多数情况下日常用电必须使用绝缘体覆盖原因之一。）

这里我们需要讨论电阻是绝对为零还是无法测出。很显然磁场效应对电荷运动状态的影响是巨大的，只要有一个更强大磁场，那么电阻就不可能为零。并且电荷在定向运动过程中超导体内部的磁场并不可能完全均匀，必然有强弱之分，那么导体的电子运动并不可能那么理想，只能无限接近于零。也就是导体与更强大磁场的距离足够大，那么就可以减小电阻了。

对于人类目前的能量利用和地球太阳等能源的循环和输入输出而言，只要电阻足够小，人类可以使用的能源就无限可循环，那么对于能量的需求就会降低无数倍而减小冲突。

一般超导的电阻率界限是10∧（-16），只要达到这个界限，这个材料就可以定义为超导材料了。

但是这些和光电效应有什么关系吗？

超导是封闭的光电效应现象。

光电效应的现象推测

这里我们可以先对超导现象的几个表现做一个分析:

1)      光频率越大，电子逸出功就越大。

2)      光频率不足，无论光强多大都无法产生光电效应。

3)      反应时间约10∧（-19）

4)      光频率与光强越大，逸出电荷越多。

5)      (3的隐藏现象:光照频率足够，时间过短也不会产生光电效应)

解释(实际中任何物理状态都是动态平衡，而没有完全静态的物理现象)

（1）     当光子频率远小于此种金属板固有电子频率，那么光子就无法较多的进入金属板与其中的电子产生动量转化，大部分光子就以反射的形式运动，而少量进入金属板的光子也由于无法参与金属板中电子运动而最终也逸散而出。在这个过程中由于电子自由逸散的数量远远小于光子的反射和逸散，那么光电效应就无法被观察到。

（2）     当光频率等于金属板中电子的频率，任意光照都会产生明显的光电效应，从而使金属板带正电而容易观察到。当光熄灭，金属板会快速回复电中性，并且光强越大，金属板的电荷变化速率越大。

（3）     当光频率远大于金属中电子频率，光子会使金属中的粒子排列更加密集，从而更容易产生光电效应。当时间过短，光强较小，也不会产生光电效应，因为此时金属板会快速吸收光子，成为此时金属板为“黑体”，但是金属板会发热。这个现象也成为热力学现象的重要内容，是黑体辐射的重要原因。（黑洞现象可能是因此而形成的即光子进入了比它还小的基本组成星体内而被吸收，这些黑体粒子获得动量在黑洞表面形黑体层，因而形成我们所看到的黑体，而不是像恒星一样的状态。也许黑洞是恒星的起源。当黑洞内部物质在当前的宇宙环境中衰变数量达到一定界限，就会变为恒星。而黑洞附近出现的宇宙无线电辐射，则是黑洞内部坍塌而造成的巨大能量场的地质活动，就像在水里掉进了一块石头一样。因为黑洞基本粒子过小，因而任何输入的粒子都可以使内部产生巨大能量。而白洞则是大量超大原子结构的星体，经过白洞的光几乎都被散射出来，而无法攻击这些超大原子。但是当白洞在当前环境中成长到足够大，原子就会逐渐变小，而接近光子，成为宇宙物质传递的一种普遍粒子。）。

（这个也从另一个角度去解释光的弯曲现象可能是光电效应的一种在外的特殊表现。(光照射入太阳，太阳表面的超小粒子更容易被激发，形成太阳表面粒子，而这部分粒子不容易被观察到，因而产生了光线在太阳附近弯曲的现象。检测射入光强度和射出光强度可以检测太阳在衰老还是在成长，并且可以测算出太阳的变化速率。）

当光强、时间和频率与金属板电子运动的速率在平衡附近波动时，金属板会时隐时现。（天上的星星闪烁也是这个道理）

当光强、时间和频率足够，金属板才可以被发现。

光电效应的速率与金属中电子和光子瞬时输入输出比相关。

超导的本质与目的

如果我们注意就会发现，超导的本质目的:

1)      人类控制输入的电流尽可能不被介质逸散到外部而产生定向的能量损耗。

2)      电能和其他能量的转化率大大提高。

3)      降低能量的获取频率和难度，并且可以容易储存能量。

超导体可以使热力学第零定律在第一，第二定律中形成最大效率的转化。从之前的叙述中我们可以看到，这是可能的。

超导的结构推测

因此推测地球环境中室温常压超导材料工业化普及化的条件如下:

1)      超导材料必然是层状复合结构。

2)      非金属与金属组成保护层形成超导夹心层或者芯鞘结构。(超导是导体中存在非常稳定的电子，这样导入的电流就可以尽可能减少对这些电子做功而发热。

3)      可以制造多层复合结构或者多根材料来形成足够动力。

4)      非金属必须含有氧气，非金属必须含有铁或者附近常温常压有磁金属。

5)      使用它必须在外部提供相对稳定的条件或者保护层，以提高导体的使用周期。高纯氧化铝是很好的保护材料。

6)      稀土金属的加入可以大大改善材料的使用周期，使用性能，降低保存环境的要求。(地球上的稀土金属是超大引力作用的结果，因而可以加入这些大金属原子可以提高材料晶格的稳定性，并且可以提高晶格尺度，为电流运动创造更巨大的空间，从而提高超导材料的效率，使其不容易在地球引力作用下快速衰变。)(地球磁场的主体是铁附近的金属原子为骨架形成的超强磁场。因而指南针可以确定方向）（星体的年龄与元素衰变主体相关，不同星体在不同环境中形成磁场的元素不同。）

超导的测定与应用注意事项

(现在制备出来超导材料其一没有重视材料的保护，其二部分超导材料的电阻率检测数据各异在于对超导性质的理解不同，比如铁基氧化物材料的超导机理是表面起作用还是内部结构起作用的分歧。本人认为是整体起作用，而电流的主体流动位置应该在芯鞘内部，而非外部氧化层。因此测量电阻率必须在芯鞘结构两端测量而非任意表面。芯鞘外部结构是其自身磁场的主体，是抵消一部分场外磁场的主体。)

地壳表层自然超导体未被发现的原因

自然界地壳表面也存在超导材料，并且处于地质活动比较强烈的地方。它们难以被发现的原因有以下:

1)      层状结构容易被地质运动破坏。

2)      自然状态下不能获得足够的保护层。

3)      地质活动中温度变化会破坏导体结构，造成缺陷而失去超导性质。

结论

因此更进一步描述常温常压超导体必然是一个层状封闭磁体，外部不具有高温超导性能，并且电阻较大，只有其中的芯鞘或者层状结构才是实现超导的内容。并且晶格大小状态相同情况下，磁性越强，超导效应越明显。且大型晶格（即稀土金属的掺杂）的数量和体积必须限制在合理范围内，其超导性质与内部磁场大小和晶体堆积模式相关。

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