SLOBODA JE ODGOVORNOST

17. rujna 2021.

SLOBODA JE ODGOVORNOST

Zagreb, HR 15 C

KVANTNOM FIZIKOM PROTIV GLOBALNOG ZATOPLJENJA

Prijenos obnovljive energije tamo gdje je to potrebno leži u središtu ljudskih nastojanja da se riješi potrebe za fosilnim gorivima. Supervodiči to mogu učiniti bez usputnog gubitka dragocjene električne energije, naizgled prkoseći fizičkoj intuiciji. U ovom članku možete saznati zašto su potrebne mnoge tjelesne fizike kako bi se razumjelo njihovo protu-intuitivno ponašanje, kakvu ulogu ima kvantno preplitanje i kako kvantno računanje može dovesti do otkrića materijala koji bi nam mogli dati alate za zeleniju budućnost.

Jedna od najstarijih i dalje postojećih prašuma na svijetu – Daintree at Cape Tribulation u Australiji. Bio je to ogroman biljni materijal proizveden u šumama iz doba ugljika koji se stisnuo u ugalj i naftu u dubinama zemlje – a upravo su ove šume sada ugrožene globalnim zatopljenjem.

Suočavanje s klimatskim promjenama i ograničavanje fosilnih resursa našeg planeta jedan je od gorućih problema naše generacije. Fizički, oba pitanja proizlaze iz činjenice da su fosilna goriva nevjerojatno pogodna za rješavanje dva najvažnija ljudska zadatka: Proizvodnja energije i transport do mjesta gdje je potrebno. S naftom je prethodni zadatak priroda obavila u posljednjih nekoliko milijuna godina. Moramo samo ispumpati gotov proizvod iz zemlje. Prijevoz je također jednostavan zbog nevjerojatne gustoće energije. Automobil težak 2 metričke tone, može ponijeti samo 50 kg ulja a na tisuću kilometara.

Gdje je nekad bila planina, sada je rupa – rudnik željezne rude u Zapadnoj Australiji.

Prokletstvo Ohma

Na prvi pogled oba problema nije tako teško riješiti. Znamo kako prikupiti sunčevu energiju pomoću solarnih panela, pa zašto ih jednostavno ne postavimo velik broj u pustinje zemlje, a zatim električnom energijom transportiramo u gradove dugim kabelima? Glavni razlog vjerojatno je političke prirode, pustinje u blizini Europe npr., nedavno su bile ratne zone, ali postoji i fizički aspekt: ​​s trenutnom tehnologijom transport energije dolazi s cijenom u obliku Ohmovog zakona, koji drži sve normalne metale poput bakra i željeza koje koristimo za transport električne energije.

Gubitak topline proporcionalan je kvadratu električne struje – to je razlog zašto visokonaponski vodovi rade pri visokom naponu, čime se smanjuje struja.

Zbog Ohmovog zakona, prilikom prijevoza neizbježno gubimo energiju. Postoji i drugi problem; budući da se gubitak energije događa u obliku topline, kabeli moraju biti dovoljno debeli, pri određenom protoku energije, kako se ne bi rastopili. Većina prijenosa trenutne energije također se događa pri visokom naponu (U), jer je tada gubitak energije (P) zbog zagrijavanja manji. No, visoki napon znači i velika električna polja, a ta polja mogu biti štetna za elektroniku i ljude i moramo se pobrinuti da ne dođe do munje koja skače s kabela na tlo. Svi ovi razlozi objašnjavaju zašto posvuda vidite te ružne stupove u današnjem civiliziranom svijetu.

Visokonaponski dalekovodi. Tehnika koja je trenutno na snazi ​​zahtijeva najmanje četiri neovisna kabela, prostorno odijeljena jedan od drugog: tri linije koje nose struju klima uređaja i jedan vod uzemljenja. Fotografija  Manprit Kalsi  na  Unsplash -u

Iako možemo reći kako estetika možda i nije najvažnija stvar koja ugrožava milijune ljudi, stvarnost je da većina ljudi ne bi voljela imati jedan od tih stupova u svom dvorištu. U Njemačkoj je ta činjenica dovela do zastoja “Energiewende”, jer se važne linije za transport električne energije sa vjetrovitog sjevera, gdje se proizvodi većina obnovljive energije, do stanovništva i industrijskih centara na jugu, gdje se proizvode svi ti sjajni automobili, ne mogu uspostaviti zbog otpora stanovništva koje živi duž planirane rute.

Presjek supervodiča

Postoje materijali s kojima je moguće prenijeti istu količinu električne energije koju prenose oni ogromni stupovi, u jednom kabelu promjera samo nekoliko cm, ispod bilo koje stare ceste. U supervodičima Ohmovo prokletstvo ne vrijedi pa mogu provoditi električnu energiju bez ikakvog gubitka energije, doslovno s nultim gubitkom. No, kako je to moguće? Ne zvuči li ovo kao perpetuum mobile, nešto poput automobila koji se stalno kotrlja kad ga samo jednom postavite u pokret?

Svaki put kad se u fizici dogodi nešto kontra-intuitivno, velika je vjerojatnost da je u njezinoj osnovi kvantna mehanika, a ni sa supravodičima nije drugačije. Zapravo, možete opisati kabel od supervodljivog materijala s jednom valnom funkcijom, kao da se radi o samo jednoj velikoj kvantnoj čestici koja se kreće. Supervodiči su jedan od rijetkih primjera gdje kvantni učinci postaju doista makroskopski; dosegnuti kilometri duljine koherentnosti nadmašuju opseg valne funkcije elektrona u atomu vodika za faktor 10’000’000’000’000. Drugim riječima, ako bi valna funkcija elektrona bila veličine čovjeka, tada bi valna funkcija u supervodiču bila velika kao i udaljenost između Zemlje i Plutona.

Elektronski pokreti u paru

Kako se to točno događa i zašto dovodi do protoka električne energije bez trenja? Iako je objašnjenje ovoga prilično točno i uključeno, te je rezultiralo dodjelom više Nobelovih nagrada otkrivačima teorije, ovdje se može prikazati jedinstvena slika analogije. U normalnom vodiču, elektroni su „vukovi usamljenici“, oni se bore kroz buzdovan atoma i guraju ih, gubeći energiju do kristalne rešetke svaki put kad nalete na nešto.

Bose Einsteinov kondenzat Cooperovih parova teče kroz žicu bez ikakvog trenja – rađa se supervodič.

Jedno od najneintuitivnijih svojstava ovog BEC-a je da je supertekućina – tekućina koja može teći bez ikakvog trenja. To znači da ako pokrenete ovu tekućinu, ona nikada neće prestati. I upravo tako nastaje supervodljivost. Suvišna tekućina bakrenih parova ima svojstvo koje smo cijelo vrijeme pokušavali objasniti – protječe bez trenja kroz svoj bazni materijal, tj. bez ikakvog otpora.

Može li se ovo uopće koristiti?

Može i već se koriste. Jeste li ikada vidjeli te brze vlakove Maglev u Japanu? Temelje se na još jednom čudnom učinku supervodiča – potiskuju magnetska polja iz sebe. Maglevi to koriste levitirajući na supervodljivim magnetima.

Novi vlak Maglev sa linija Shinkansen u Japanu. Levitiraju na supervodljivim magnetima i omogućuju smanjenje trenja samo na ono koje dolazi iz zraka.

No, i aplikacija o kojoj se raspravljalo na početku nije u dalekoj budućnosti. Prvi kilometri dugih kabela od supervodljivog materijala već su izgrađeni i dokazan je princip. Problem ipak ostaje da se ovi materijali moraju hladiti tekućim dušikom da bi bili supervodljivi. Postoji, međutim, sasvim druga klasa materijala u kojoj se supervodljivost javlja na mnogo višim temperaturama. Pomalo nekreativno, nazivaju se „visokotemperaturni supravodiči“. Čak i 30 godina nakon njihovog otkrića još uvijek ostaje tajna kako u njima nastaje supervodljivost, jer se slika koja je gore prikazana ne može koristiti za njihovo razumijevanje. Međutim, jedno je jasno: kvantna mehanika duboko ima svoje tajanstvene prste u svom unutarnjem radu.

Izvor: WeshingsBlogSpot

#kvantnafizika #globalnozatopljenje #energija #supervodiči

Prijašnja objava

OD KUD VODA NA ZEMLJI I KOLIKO JE ZAPRAVO IMA?

Slijedeća objava

TREBA LI POISTOVJEĆIVATI PSIHOLOGIJU I DUHOVNOST?

Možda će Vas interesirati i ovo:

PRVA LOKOMOTIVA U ZAGREBU

Na današnji dan, 31. kolovoza 1862. godine u Zagreb je stigla prva lokomotiva i označila početak jednog novog razdoblja za Zagrepčane. Stigla je na današnji Zapadni kolodvor, tad jedini zagrebački kolodvor na novoj pruzi koja […]

OVLASTI GRADONAČELNIKA I NAČELNIKA

Piše: Iva Slavica lić Ustrojstvo i djelokrug predstavničkih i izvršnih tijela općina, gradova i županija, kao jedinica lokalne, odnosno područne samouprave uređuje se Zakonom o lokalnoj i područnoj (regionalnoj) samoupravi ZOLP(R)S. Jedinice lokalne samouprave imaju ograničen opseg teritorija […]