Di Ted Rush – Aggiornato il 24 marzo 2022
Aumentare le prestazioni di un magnete, che si tratti di una bobina superconduttrice personalizzata o di un pezzo di ferro convenzionale, spesso si riduce a un’unica variabile:la temperatura. Raffreddando il materiale, gli scienziati possono ridurne la resistenza elettrica, aumentare il flusso di elettroni e generare un campo magnetico più forte. Questo principio è alla base di tutto, dai laboratori di ricerca ad alto campo agli scanner MRI che diagnosticano i pazienti in tutto il mondo.
La quantità che governa una carica in movimento si chiama corrente elettrica. Quando gli elettroni fluiscono attraverso un conduttore, creano un campo magnetico. La forza di quel campo aumenta con l’entità della corrente. Nei magneti permanenti, il movimento degli elettroni è limitato agli atomi stessi, mentre negli elettromagneti sono gli elettroni che attraversano gli avvolgimenti del filo.
La corrente può essere aumentata aumentando il numero di portatori di carica o accelerandoli. La carica elementare di un elettrone è immutabile, quindi la soluzione pratica è ridurre la resistenza che ne ostacola il movimento. Una resistenza inferiore significa che gli elettroni possono accelerare più facilmente per una determinata tensione, aumentando la corrente e, di conseguenza, il campo magnetico.
La resistenza elettrica misura la forza con cui un materiale si oppone al flusso di elettroni. Il rame è apprezzato per la sua bassa resistenza, mentre il legno è un cattivo conduttore perché la sua resistenza è elevata. Il modo più semplice per alterare la resistenza di un materiale è regolarne la temperatura.
La resistenza varia in modo prevedibile con la temperatura:temperature più fredde producono una resistenza inferiore. Raffreddando i componenti conduttivi, gli ingegneri possono aumentare la corrente senza aggiungere ulteriore potenza, migliorando così il campo magnetico. Questa dipendenza dalla temperatura è una pietra angolare della moderna tecnologia dei magneti.
Alcuni materiali mostrano un drastico calo di resistenza quando raggiungono una temperatura critica, così drammatico che la resistenza si avvicina allo zero. Questi superconduttori consentono alla corrente di fluire con una perdita di energia trascurabile, producendo campi magnetici eccezionalmente forti. Secondo il libro di testo Fisica per scienziati e ingegneri , ci sono migliaia di composti superconduttori conosciuti. Il Laboratorio sull'alto campo magnetico dell'Università Radboud di Nimega, nei Paesi Bassi, sfrutta questo effetto per alimentare un magnete così intenso che persino una rana, che normalmente non è magnetica, può levitare sopra le sue bobine.
