【中國核聚變取得重大進展,新一代“人造太陽”裝置建成並首次放電成功】
據中核集團消息,2020年12月4日14時02分,新一代“人造太陽”裝置——中國環流器二號M裝置(HL-2M)在成都建成並實現首次放電,標誌著中國自主掌握了大型先進托卡馬克裝置的設計、建造、運行技術,為我國核聚變堆的自主設計與建造打下堅實基礎。
中國環流器二號M裝置是我國目前規模最大、參數最高的先進托卡馬克裝置,是我國新一代先進磁約束核聚變實驗研究裝置,采用更先進的結構與控制方式,等離子體體積達到國內現有裝置2倍以上,等離子體電流能力提高到2.5兆安培以上,等離子體離子溫度可達到1.5億度,能實現高密度、高比壓、高自舉電流運行,是實現我國核聚變能開發事業跨越式發展的重要依托裝置,也是我國消化吸收ITER技術不可或缺的重要平臺。
該項目於2009年由國家原子能機構批復立項,由中國核工業集團西南物理研究院自主設計建造。作為核工業主管部門,國家原子能機構通過強化科研投入和研發能力建設等,全力推動核聚變相關基礎研究與應用研究。近年來國家原子能機構創新管理模式,賦予科研院所自主權和決定權,持續穩定支持核聚變基礎性、前瞻性研究,催生一大批原創性、前沿性成果。
此前,中核集團先後發展了多種類型的磁約束聚變研究裝置,建成了中國環流器一號、新一號和二號A裝置等三大國家重要科研設施,並取得了系列重大科研成果,樹立了中國核聚變研究史上的一座座豐碑,為我國聚變能的發展奠定了堅實的科學工程技術與人才基礎。
在HL-2M裝置建設過程中,核工業西南物理研究院聯合國內多家研制單位,在裝置物理與結構設計、特殊材料研制、材料連接與關鍵部件研發、總裝集成等方面取得了多項突破,實現了可拆卸線圈結構,增強了控制運行水平,提升了裝置物理實驗研究能力;攻克了高鎳合金雙曲面薄壁件大型真空容器模壓成型和焊接變形控制等關鍵技術;掌握了具有國際先進水平的異形銅合金厚板材制造成型工藝,實現了高強度膨脹螺栓組件的自主國產化;研制成功國際先進水平的國內首臺大型立軸脈沖發電機組。以HL-2M裝置建設為牽引,西物院掌握的特種材料、關鍵設備、極端條件精密制造等關鍵技術,已形成“同步輻射”效應,在航空、航天、電子等前沿領域實現創新應用。
HL-2M裝置是實現我國核聚變技術高質量發展的重要依托,將使我國堆芯級等離子體物理研究及相關關鍵技術達到國際先進水平,成為中國攜手世界核聚變能開發的國際合作平臺。面向全球,它將吸引和集聚國際核聚變高端人才,培養造就一批具有國際水平的核聚變科技領軍人才與高水平的創新團隊,形成一批具有國際影響力的標誌性科技成果。
據介紹,我國核能發展實施“熱堆-快堆-聚變堆”三步走戰略中,將聚變能作為解決能源問題的最終一步。開發核聚變能不僅是解決我國能源戰略需求的途徑,對我國未來能源與國民經濟的可持續發展具有重大戰略意義。目前,國家原子能機構正在研究布局一體化核聚變研究創新體系,打造國家級核聚變創新研究平臺、國內外專家學者交流平臺、青年科學家成長平臺,全面促進我國核聚變事業由並跑向領跑邁進。
同時也有1部Youtube影片,追蹤數超過2萬的網紅Marc Yam,也在其Youtube影片中提到,Section IV Electricity and Magnetism 4.3.2 Electromagnetic Induction Eddy Current...
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電流磁效應交流電 在 余海峯 David . 物理喵 phycat Facebook 的最佳貼文
【新文章】「你怎麼知道?」
【更新:東森新聞沒有更改錯誤,反而已刪除該貼文,非常不負責任。】【感謝讀者 Hung Tze 提供截圖】
台灣 東森新聞 轉載了一段影片,片段中是一個風扇加兩塊磁石,風扇在動。有讀者指出,兩塊磁石這樣放根本不可能發電,然後東森新聞專頁編輯就回:「你怎麼知道?」
我暫且不談台灣的新聞媒體的科學素養(香港也不遑多讓)、不談記者的報導質素(我甚至不清楚到底臉書編輯算不算記者)、也不多談(下面還是會說一說)永動機為什麼不可能。我要討論的是,那句:「你怎麼知道?」
先來物理知識。風扇其實就是摩打,如果拆開來看就會發現是個繞著磁石的金屬線圈。電流通過,線圈就會轉動,再在前面加裝幾塊扇葉,就成了風扇。提供電流予風扇的,可以是電池(俗稱乾電,即直流電),也可以是來自牆身的那種電(俗稱濕電,即交流電)。使用直流電和交流電的風扇,線圈構造必須有分別,要不然就必須加裝轉換器把交流電轉成直流電,不過這樣做會浪費掉一部分能源。
依據影片,拍攝者聲稱是那兩條電線加上兩塊磁石就令風扇轉動。這令人聯想起電磁感生定律。電磁感生是法拉第發現的效應,因此也稱為法拉第定律。簡單地說,可以用(出自香港高登討論區)那句潮句總結:磁通量改變。換句話說,如果電線上的磁場有所改變,電線裡就會產生電流。而要令磁場有所改變,要不是移動電線,就是移動磁石(第三種方法:也可改變磁場強度)。
問題是這種移動必須是持續的。影片中,當電線移動至磁石中間,就沒有再移動了。根據法拉第定律,磁通量維持不變,電流歸零。這就說明如果那電線和磁石是風扇電力的唯一來源,風扇理應停止轉動,故此影片造假。另一個可能性是,那電線和磁石並非風扇電力的唯一來源,不過這就等於說影片根本就是假的。
這就是為什麼有讀者指出影片不可能是真的。這在香港、歐美等地都是高中程度的物理學,我不清楚台灣的教育,不過也應相差不遠。東森新聞專頁編輯的物理程度,我也不去猜想,畢竟我自己也有在經營專頁。問題是,東森編輯回應的那句:「你怎麼知道?」
我相信,如果其他讀者問:「你怎麼知道?」,反應會完全不同。沒有讀過法拉第定律的人問這問題,證明他有心學習,勤奮上進,我相信其他人也會很樂意回答這個物理問題。
可是,東森編輯本人正是貼出影片的人。除非他是以發問方式請求協助(他不是),他有責任在貼出影片前了解其內容。如果他沒有相關物理背景,他應該首先諮詢物理學家或物理老師,理解背後牽涉的物理原理後,才貼出報導。不過,如果他有理解過上述物理原理,他就應該知道影片是造假的,作為新聞從業員他就不應該貼出來。可是,他最終選擇了不知不解地貼出來,再嗆指出錯誤的讀者:「你怎麼知道?」
自古希臘時代,科學家用理性邏輯去理解世界,已經兩千五百年了。只是法拉第定律也有兩百年歷史了,即使沒有相關背景知識,隨手抓個理科學生問一問,亦應該相當可能得到解答。況且這是個知識垂手可得的年代,即使維基百科不能當做資料來源,其上面寫的簡單科學質素還是可以的。可惜的是,東森偏偏選擇了不求甚解,為求呃like,再嗆讀者:「你怎麼知道?」
對於東森這個「你怎麼知道?」,以上就是作為簡淺程度的回答。至於比較深刻的回答就是熱力學第一、二定律的應用。根據這兩條定律,任何機械運作時皆會生熱,「熱」是物理學裡專有名詞,指不可被完全重用的能量。使用簡單數學就可以證明,熱力學定律告訴我們,即使在沒有摩擦力或空氣阻力的情況下,任何機器的效率都有個小於100%的上限。換句話說,永動機永遠不可能在我們的宇宙中存在。再簡單一點說,像影片中那樣,完全自給自足的風扇系統,是不可能存在的。
不懂,就要發問,無論我們身份是什麼。即是如我擁有物理學博士學位、身為大學講師,我在物理學、科學上也有非常多不懂的地方。而當我在專頁上發言時,我不會討論一些我自己不明白的東西;有時候,我不小心寫錯東西,有讀者指出問題,我也會立刻修改。這是作為學者的責任。在某些我不在行的領域,我的讀者可能才是專家。
令我百思不解的是,東森作為新聞從業員,為什麼會認為他們的讀者都跟自己一樣是理科盲?我假設新聞界的入行條件並非理科,而是傳播學系之類文科專科吧?東森這次嗆人「你怎麼知道?」就有如我這個文學盲亂貼詩詞,說《靜夜思》是周杰倫寫的,然後有讀者指出「這不可能」之後嗆他們「你怎麼知道?」
不知道,從來不是問題。發問是進步的來源。我敢保證,學者說得最多的一句話就是「我不知道」。東森新聞,你怎麼知道,你的讀者不比你有知識?
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【推舊文】人類將重新定義公斤 從此宇宙間牛扒質量都相同(物理雙月刊)
我們去街市買牛肉時,都是量度肉的質量去計算價錢的。質量的單位必須準確,我們才能知道有多少牛肉。現代,我們使用國際單位制(Système International d'Unités, SI units)制定的公斤(kilogram, kg)作為量度質量的基本單位。
不難想像,這種國際公認的度量衡,需要一個不會改變的標準:上星期賣的一公斤牛肉與明天賣的一公斤牛肉必須擁有同等質量、你在台灣買的一公斤牛肉與我在德國買的一公斤牛肉亦必須擁有同等質量。
在巴黎近郊的國際計量局(Bureau international des poids et mesures, BIPM)實驗室裡,收藏著一個137 年前製造的金屬圓柱體。這個圓柱體是人類對一公斤的定義。在宇宙任何地方,當你測量質量時,都必須以這個放在銀河系之中一顆不起眼的恆星旁的一個行星上的一個城市之中的實驗室裡的一支金屬圓柱體為標準。
很明顯,這即使對地球人來說也並非一個太方便的定義,更遑論為客觀的科學標準。這金屬圓柱體縱使被密封於實驗室裡接近真空之中,細小的微塵、侵蝕等效應亦有可能改變其質量,而且更有丟失的危險,其複制品也不可能做到百分百相同質量。美國國家標準技術研究所(National Institute of Standards and Technology, NIST)物理學家Stephan Schlamminger說,如果我們有朝一日與外星人交流科學,這個金屬圓柱體將會成為「銀河系笑話」。
其實使用實際物件去做成度量衡的標準,在從前是必需的。以前科學並未發達的時候,我們並不知道物理定律之中藏著一些永遠不變的物理量。例如,古時人們就以人類身體部分尺寸作為長度的標準。
如今,我們發現宇宙中存在一些基本常數(fundamental constant),這些物理量的數值不論何時何地何人測量,亦是固定的。最常聽說的有光速(speed of light, c)、電子的基本電荷(elementary charge, e)、量度量子單位的普朗克常數(Planck constant, h)、量度溫度單位的波爾茲曼常數(Boltzmann constant, k)、量度原子數量的阿伏加德羅常數(Avogadro constant, NA)等等。
國際單位制採用十進制,有七個基本單位。米(metre, m),量度長度;秒(second, s),量度時間;公斤,量度質量;安培(ampere, A),量度電流;開爾文(kelvin, K),量度溫度;摩爾(mole, mol),量度粒子數量;坎德拉(candela, cd),量度發光強度(luminous intensity)。只用這七個基本單位,就能夠描述所有已知的物理量。
時間和距離,可說是最基本的度量衡概念。在中世紀,一秒定義為一個太陽日(solar day)的1/86,400,即相鄰兩個正午的1/86,400。可是,由於地球繞太陽公轉軌道並非正圓,太陽日於一年不同季節之長度並不相等。1956年,一秒被重新定義為一個回歸年(tropical year,亦稱太陽年solar year)的1/31,556,925.9747。回歸年指太陽重新回到天空同一點所需時間。雖然使用回歸年定義一秒比用太陽日更加準確,但由於地球自轉軸會進動(即歲差),加上其他天體動力學效應,每個回歸年亦非一樣。
可想而知,使用地球和太陽的運動去定義時間單位,並非全宇宙通用。最終在1967年,一秒被定義為銫(caesium, Cs)原子基態的兩個超精細能階(hyperfine energy level)量子躍遷所釋放之電磁輻射的9,192,631,770個週期之時間長度。銫原子基態的量子結構在宇宙何時何地都不會改變,因此這是一個可以用來跟宇宙中其他文明交流科學知識的客觀定義。
另一個已被客觀永恆不變的物理概念定義的基本單位是米。在1793年,科學家把一米定義為穿過巴黎的子午線(即經線)由赤道到北極的1/10,000,000。這個距離不易量度之餘,地殻板塊運動也可能改變其值。1889年,一米被定義為一個放在巴黎國際計量局裡的鉑(platinum, Pt,即白金)金屬棒的長度。這個定義方法與公斤的定義一般,都依賴放於巴黎國際計量局裡的實物。
科學家希望用客觀概念定義長度。1960年,一米的定義被改為氪(Krypton, Kr)原子在真空之中兩個能階之間的量子躍遷所釋放之電磁輻射波長的1,650,763.73倍。這個定義就像使用銫原子的量子躍遷去定義一秒,其實已經足夠客觀。不過科學家更進一步,最後於1983年把一米定義為光在真空中1/299,792,458秒內行進的距離。這個定義不但無需使用某一任意元素,而且更反過來定義了光速。在此之前,光速的數值是用實驗測量出來的,存在實驗不確定性;現在,光速是被定義出來的,其數值為每秒299,792,458米。
普朗克常數大約是h= 6.62607x10-34 kg m2/s。科學家預期能在2018年前把h準確測量至200萬分之1個百分比。然後,就像定義光速一樣,普朗克常數會反過來被定義。由於h的單位包括公斤、米和秒,而米和秒已被上述方法客觀定義,因此固定h的數值就等於客觀定義公斤。
如果使用不同方法得出的h值互相吻合,聯合其他基本常數如c、e、k和NA等,科學家將會於2018年國際計量大會(Conférence générale des poids et mesures, CGPM)上投票決定是否更新公斤、安培、開爾文和摩爾的定義。
無論結果如何,以上所講都不會對任何人的生活造成影響:牛扒不會變輕、我們也不會變瘦。使用宇宙通行的基本常數去定義各度量衡單位,是科學文明的一大進步。因為科學研究,應建基於客觀的、可重複的實驗結果之上。
電流磁效應交流電 在 Marc Yam Youtube 的精選貼文
Section IV Electricity and Magnetism
4.3.2 Electromagnetic Induction
Eddy Current
電流磁效應交流電 在 國立臺東高中106學年度第二學期第二次段考高一基礎物理試題 的推薦與評價
南北方向上有一條長直導線,今在導線上方擺一指北針,導線未通電流時指北針的N極會指向 ... (A)為了便於改變電壓,輸出及輸入的電流均為交流電(B)過程有電流磁效應(C) ... ... <看更多>
電流磁效應交流電 在 [問題] 變壓器觀念問題- 看板Physics - 批踢踢實業坊 的推薦與評價
關於變壓器觀念問題百思不得其解:
變壓器的變壓原理:
主線圈:
ε1=-N1(dψ/dt)
副線圈:
ε2=-N2(dψ/dt)
所以ε1/ε2=N1/N2
問題:
主線圈是利用電流磁效應的原理,副線圈是利用電磁感應,
副線圈可以理解,但主線圈不知道為什麼可以用法拉第定律
ε1=-N1(dψ/dt)?
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