Superconduttori sono materiali in grado di portare a elettricità, senza offrire alcun tipo di resistenza, non appena raggiungono a temperatura molto bassa, nota come temperatura critica. Inoltre, fai le linee di campo magnetico non è in grado di penetrarlo, quindi i superconduttori possono essere utilizzati per promuovere la levitazione magnetica.
Vedi anche: Conduttori e isolanti: comprendi le differenze e le caratteristiche di ciascuno
Come funzionano i superconduttori
Il fenomeno della superconduttività può essere spiegato solo da fisica quantistica. Questo fenomeno è caratterizzato dalla Effetto Meissner, che rende le linee del campo magnetico non in grado di penetrare nei materiali superconduttori, se questi materiali vengono raffreddati a temperature inferiori alla loro temperature critiche.
voi primi superconduttori che è emerso aveva bisogno di essere refrigerato in temperature estremamente basse. Tuttavia, la ricerca su nuovi materiali ha permesso loro di essere sviluppati e in grado di esibire la superconduttività a temperature più elevate.
Recentemente, gli studi hanno dimostrato che alcuni materiali possono diventare superconduttori in temperature molto vicine all'ambiente, tuttavia, affinché ciò avvenga, devono essere soggetti a pressionitantoalto.
Qual è la relazione tra superconduttività e temperatura? Anche se la risposta non è semplice come la domanda, cerchiamo di capirla: i metalli in generale lo sono Buonaconduttori elettricità, come rame, argento e oro. Tale capacità è correlata alla tua misura di resistività, cosa è estremamenteBasso.
La bassa resistività dei metalli, a sua volta, è correlata alla grande quantità di elettroni gratuito, con il assenza di impurità (in questo contesto, le impurità sono atomi di altri elementi all'interno del conduttore) e con il ordine della struttura cristallina, cioè, il modo in cui atomi sono posizionati l'uno rispetto all'altro.
Se riscaldati, i metalli non sono così bravi a condurre la corrente elettrica., in virtù del aumentaredàvibrazione dei loro atomi - l'oscillazione di questi atomi provoca più collisioni con gli elettroni nel corrente elettrica, rendendo difficile la guida. Tuttavia, se refrigerati, i metalli iniziano a condurre ancora più facilmente che a temperatura ambiente e, se estrapoliamo questo raffreddamento, raggiungeremo un punto in cui non ci sarà resistenza al passaggio di elettricità.
Il ragionamento relativo al raffreddamento dei metalli e all'aumento della conducibilità è stato indagato dal fisico olandese heikeKamerlinghonnes (1853-1926), raffreddando un campione di mmercurio ad una temperatura di -269 °C. All'epoca, Onnes si rese conto che resistivitàdi mmercurio all'improvvisodivennenullo quando ha raggiunto quella temperatura.
Circa 20 anni dopo, i fisici tedeschi KarlMeissner e RobertoOchsenfeld hanno scoperto che i superconduttori interrompevano il passaggio delle linee del campo magnetico al loro interno.
Nei loro esperimenti, hanno scoperto che quando un superconduttore è esposto a un campo magnetico esterno, le correnti elettriche sono formato all'esterno, provocando la comparsa di un campo magnetico sulla superficie del superconduttore che si oppone al campo magnetico. esterno. È attraverso questo fenomeno, attualmente chiamato effetto Meissner, che è possibile far levitare i treni, come nel caso del maglev:
Tipi di superconduttori e loro materiali
I superconduttori sono una classe di materiali che mostrano un cambiamento di stato che ne provoca il trasferimento cariche elettriche senza alcuna opposizione. Pertanto, non è possibile dire di cosa siano fatti i superconduttori, ma piuttosto i diversi materiali utilizzati per realizzarli. Quindi, ci sono superconduttori:
fatto di elementi chimici puri, come il mercurio, il condurre è il carbonio;
organico, come fullereni, nanotubi di carbonio, grafene;
ceramica;
fatto di diverso leghe metalliche, come niobio-titanio, germanio-niobio.
Vedi anche: Circuiti elettrici: come funzionano, elementi, collegamenti elettrici, ecc.
Applicazioni tecnologiche dei superconduttori
I superconduttori possono essere utili in qualsiasi tipo di circuito elettrico, al fine di renderlo più efficiente, tuttavia, mentre non abbiamo un conduttore a temperatura ambiente, attualmente gli usi principali questi sono:
treni Maglev – Questo tipo di treno utilizza l'effetto Meissner presente nei superconduttori per galleggiare, quindi sviluppa alta velocità e diventa più efficiente del treno convenzionale.
Dispositivi di risonanza magnetica nucleare – All'interno di questi dispositivi, sono presenti bobine realizzate in leghe metalliche che, una volta raffreddate, diventano superconduttrici, essendo in grado di produrre campi magnetici ad alta intensità.
Produzione di energia elettrica – Nelle centrali idroelettriche, termoelettriche, nucleari o anche eoliche, è necessario convertire l'energia meccanica in elettrico, quindi, viene utilizzato un generatore, le cui bobine sono fatte di leghe metalliche superconduttrici quando correttamente raffreddori.
Di Rafael Hellerbrock
Insegnante di fisica
Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm