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L'elettromagnetismo

I superconduttori

I superconduttori sono particolari materiali che, se raffreddati fino a temperature molto basse, e comunque al di sotto di una temperatura Tc, detta temperatura critica (molto prossima allo zero assoluto, 0 K = −273 °C, e caratteristica di ogni materiale), vedono bruscamente annullarsi la loro resistività elettrica. Si comportano come superconduttori circa 30 elementi e molte loro leghe e composti (v. tab.). Il fenomeno della superconduttività fu scoperto nel 1911 dal fisico tedesco Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926), osservando che la resistività del mercurio, a valori prossimi a zero (circa 4 K), si annullava bruscamente, anziché assestarsi su valori minimi (v. fig.). In pratica, però, raggiungere temperature così basse è tecnicamente molto difficile, quindi il fenomeno rimase a lungo una curiosità accademica. Per molti anni la temperatura critica più alta mai raggiunta rimase 23 K, per una lega di niobio.

La superconduttività iniziò a destare interessi anche pratici a partire dal 1986, quando i fisici J.G. Bednorz e K.A. Muller, dei laboratori dell'IBM, scoprirono che certi materiali a base di ossidi di rame, lantanidi e metalli alcalino-terrosi divenivano superconduttori a temperature di gran lunga superiori a quelle note fino ad allora. In ricerche successive furono sviluppati materiali con temperature critiche attorno a 90 K, superiori alla temperatura dell'azoto liquido, un refrigerante assai meno costoso di quelli usati per raffreddare i superconduttori metallici.

La principale applicazione di un superconduttore risiede nel fatto che esso non dissipa calore per effetto Joule, avendo resistività praticamente nulla. Con un cavo superconduttore è possibile quindi trasportare corrente anche a grandi distanze senza disperdere energia, anche se resta tuttora il problema del raffreddamento del conduttore. Un'altra applicazione interessante è la realizzazione di magneti superconduttori capaci di generare campi magnetici molto intensi, come quelli richiesti per esempio dalla risonanza magnetica.

Andamento della resistività di un superconduttore in funzione della temperatura assoluta (T): al di sotto di una temperatura detta critica (Tc), il valore della resistività si annulla bruscamente.

Temperatura critica (in K) di alcuni materiali superconduttori. I valori sono indicativi (infatti essi variano se il materiale viene sottoposto a un campo magnetico e a seconda del trattamento termico o meccanico ricevuto).

SUPERCONDUTTIVITÀ: TEMPERATURA CRITICA DI ALCUNI ELEMENTI
ELEMENTO K ELEMENTO K
alluminio 1,20 gallio 1,09
mercurio 4,16 indio 3,40
piombo 7,22 titanio 0,39
zinco 0,54 zirconio 0,55

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