Superconduttori e corrente perenne
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- Categoria: la fisica
- Pubblicato Giovedì, 28 Luglio 2011 16:20
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Nel nostro istituto il Prof Canio Noce dell’Università degli Studi di Salerno ha tenuto un seminario sulla Superconduttività. Questa sorprendente caratteristica che alcuni materiali possiedono fu scoperta dal Fisico Olandese Kammerlingh Onnes. Egli studiò le proprietà elettriche di alcuni materiali portati a temperatura, prossime a 1K (il Kelvin è un’unità di misura della Temperatura ;1 Kelvin corrisponde a – 272°C).
Studiando la resistenza elettrica in funzione della temperatura, Onnes si accorse che questa non diminuiva gradualmente al diminuire della stessa, ma intorno a una certa temperatura critica (che cambia da materiale a materiale), la resistenza elettrica scompariva completamente. Il primo materiale in cui si riscontrò questo fenomeno è stato il Mercurio puro che a 4,12K diveniva un Superconduttore.
La caratteristica fondamentale dei Superconduttori è che al disotto di una certa Temperatura Critica, la resistenza elettrica del materiale si riduce a 0. Per mettere in risalto questa proprietà fu effettuato un esperimento, con un anello di Piombo mantenuto alla sua temperatura critica per mezzo di Elio liquido (−272,22 °C a pressione ambiente), la corrente che lo attraversava vi poté scorrere all’interno senza perdere di intensità per due anni. Ben presto si scoprì che abbassando ulteriormente le temperature si potevano rendere superconduttori un gran numero di metalli, leghe e materiali organici.
La spiegazione di questo crollo della resistenza è dovuto alla natura della corrente elettrica: essa, non è altro che un flusso di elettroni liberi attorno a degli Ioni Metallici, cioè atomi con un eccesso di cariche positive. La resistenza elettrica si produce perché gli ioni interrompono il flusso di elettroni a causa dell’oscillazione termica degli atomi stessi. Nel caso dei Superconduttori gli elettroni formano delle coppie “di Cooper”, ognuna delle quali si comporta come una singola particella.
A causa della bassa temperatura a cui il materiale è sottoposto, l’oscillazione termica è molto piccola, per questo le Coppie di Cooper possono scorrere liberamente senza badare all’impedimento degli ioni metallici. Neutralizzando, di fatto qualsiasi causa di resistenza. Le Coppie di Cooper sono possibili poiché un elettrone che attraversa il reticolo cristallino del materiale , può perturbare alcuni ioni rispetto alla loro posizione di equilibrio, attraendoli leggermente verso di se e costringendoli ad avvicinarsi, questo crea una regione a maggior densità di cariche positive. Un secondo elettrone subisce l’attrazione di questa regione positiva e ne viene “catturato”.
I due elettroni infine possono interagire tra loro usando la Vibrazione Reticolare (o l’area in cui la densità di cariche positive è maggiore) come intermediario. I Superconduttori possono essere utilizzati anche come Elettromagneti , poiché la corrente che vi scorre all’interno, non tende ad innalzare la temperatura del materiale come avviene nei normali materiali conduttori (Effetto Joule).
Nella costruzione di Elettromagneti però incontriamo un problema, i materiali Superconduttori sono dei Diamagneti Perfetti, cioè espellono il campo magnetico ( si formano sul materiale delle correnti elettriche superficiali che inducono, all'interno del superconduttore, un campo magnetico uguale e contrario a quello applicato; cioè il superconduttore si comporta come una calamita con la polarità opposta a quella del campo magnetico esterno), questo effetto prende il nome di Effetto Meissener.
Ciò comporta la possibilità della Levitazione Magnetica, tuttavia se il campo magnetico è sufficientemente intenso può agire sulle Coppie di Cooper e annullare la Superconduttività del materiale. I Superconduttori potrebbero essere utilizzati per produrre piccoli quantitativi di “energia Pulita”. Josephson avanzò l’ipotesi che se due materiali superconduttori fossero stati posti a contatto, tra loro separati solo da un sottile strato di isolante, ci si doveva aspettare un flusso di corrente in assenza di qualsiasi campo esterno (gli elettroni attraversano il materiale isolante per Effetto tunnel, spostandosi da un Superconduttore all’altro .
L’effetto è stato effettivamente osservato, e questo ha aperto nuove possibilità nel campo delle microtecnologie e hardware che hanno proposto di creare congegni che si auto alimentano, come le batterie dei nostri cellulari. I Superconduttori potrebbero davvero cambiare la vita degli esseri umani, potrebbero essere costruiti treni a Levitazione Magnetica (come quello già presente in Giappone) capaci di raggiungere e superare i 500 Km/h. Si potrebbero costruire SuperMagneti ed essere utilizzati negli acceleratori di Particelle o nella Risonanza Magnetica Nucleare.
Le applicazioni che potrebbe avere la superconduttività sarebbero infinite, ma oggi la sfida risiede nel trovare i così detti Superconduttori Caldi (con temperatura critica vicina alla temperatura ambiente), per ora non ci resta che aspettare nuovi sviluppi tecnologici per abbattere l’attuale costo di produzione che li rende antieconomici. Siamo fiduciosi nel progresso scientifico!
A cura di
Francesco Tarallo III E
