• Spins
• Suscettibilità

Superconduttore

Un cosiddetto superconduttore ha una proprietà speciale: la sua resistenza ohmica è zero. Cioè, i materiali superconduttori possono condurre una corrente elettrica senza resistenza. Tuttavia, i superconduttori hanno un'altra proprietà estremamente interessante: sono diamagnetiche. Un diamagnet può spostare e indebolire un campo magnetico. Le linee di campo corrono attorno a un diamagneten. I ferromagneti e i paramagneti fanno esattamente il contrario: amplificano il campo magnetico esterno perché le linee del campo li attraversano.

Superconduttori nella ricerca

I materiali superconduttori sono stati a lungo un settore importante ed interessante della fisica moderna. Questo non cambierà nel prossimo futuro: troppo grande è il desiderio di un superconduttore di facile fabbricazione. Qui sta il punto critico: i superconduttori attuali sono difficili da elaborare e solo superconduttori quando sono molto freddi. Di norma, i superconduttori devono quindi essere raffreddati, ad esempio con elio liquido. Dopo aver scoperto alcuni materiali superconduttori a temperature così basse (<-100 ° C), oggi vengono studiati i superconduttori ad alta temperatura. L'innovazione sarebbe un materiale che è superconduttore a temperatura ambiente (o superiore).

Effetti affascinanti

Poiché i superconduttori hanno proprietà diamagnetiche perfette, possono essere utilizzati per esperimenti estremamente interessanti. Ad esempio, un superconduttore fluttua stabilmente in un campo magnetico, sebbene non sia affatto un magnete. Se, d'altra parte, volessi far levitare un magnete in un campo magnetico, ci vorrebbe un grande sforzo per mantenerlo stabile.

Perché un superconduttore fluttua nel campo magnetico

Il diamagnetismo è la risposta alla domanda su come un superconduttore possa stabilmente galleggiare in un campo magnetico. A proposito, l'acqua è anche diamagnetica, ma non galleggia (o lo fa?). Allora, qual è la caratteristica speciale? I diamagneti non hanno magneti elementali o spin elettronici che si allineano con un campo magnetico. Tuttavia, quando un diamagnet viene introdotto in un campo magnetico esterno, si verifica un effetto di induzione. Nel diamagneten si induce così una corrente. È questa corrente che applica un campo magnetico opposto a quello esterno (parola chiave: regola di Lenz). Questo crea una forza leggermente repellente. Ora possiamo anche rispondere alla domanda se l'acqua galleggia: Gli esperimenti hanno dimostrato che, per esempio, una rana (creatura acquatica) può essere tenuta in sospensione con un magnete estremamente forte! Nei superconduttori, la forza repulsiva tra i due campi magnetici è molto forte, motivo per cui vengono spesso definiti perfetti diamagnetici. I magneti già deboli possono quindi già far galleggiare i superconduttori.

Sfondo fisico

La forza di una magnetizzazione può essere descritta con la permeabilità magnetica μ. Per questo chiariamo prima di tutte le condizioni fisiche di base: Questo porta ad una magnetizzazione M nel campo magnetico esternoH₀. Se questo campo magnetico si moltiplica per la permeabilità magnetica, si ottiene l'intero campo magnetico H.

Qui la formula:

H = H₀* μ (1)

Quanto segue si applica alla magnetizzazione M:

M = H - H₀ (2)

Con (1) vale quanto segue per la magnetizzazione M:

M = μ * H₀- H₀= (μ - 1) * H₀

La permeabilità è maggiore di 1, in materiali ferromagnetici e paramagnetici per il ferro è compreso tra 1 e 2. Per i materiali diamagnetici la permeabilità magnetica è inferiore a 1: Ciò significa che il campo magnetico non va nel superconduttore in esso. Un'altra idea è che la magnetizzazione sia diretta contro il campo esterno e di uguale ampiezza, motivo per cui nel superconduttore il campo esterno viene compensato. Pertanto, un superconduttore non ha trasmittanza di densità del flusso magnetico. Al contrario: il campo magnetico è solo all'esterno del superconduttore, perché la resistenza magnetica del superconduttore è infinitamente grande.