Superconduttore

La superconduttività è probabilmente una delle scoperte più fantastiche della fisica moderna. È già molto affascinante che un materiale non abbia resistenza elettrica. Tuttavia, sono le immagini che mostrano come un superconduttore galleggi sopra il polo di un magnete permanente o viceversa che sono diventate famose in tutto il mondo.

Perché un superconduttore galleggia in un campo magnetico?

La ragione delle forze magnetiche repulsive tra il superconduttore e un campo magnetico è il diamagnetismo del superconduttore.

Molti materiali sono diamagnetici. Anche l'acqua lo è. I diamagneti non hanno magneti elementari come i para- o i ferromagneti, che possono allinearsi in un campo magnetico esterno. Tuttavia, quando un magnete di diamante viene posto in un campo magnetico esterno, si verifica un effetto di induzione.

Una corrente viene indotta nel materiale, provocando un momento magnetico che, secondo la legge di Lenz, è diretto nella direzione opposta al campo magnetico esterno. Questo crea una debole forza repulsiva. Con campi magnetici estremamente forti, è stato persino possibile far galleggiare una rana in quanto creatura acquatica.

Un diamagnete (ad esempio l'acqua) viene quindi respinto quando viene introdotto nel campo magnetico, anche se in modo molto debole. La forza repulsiva tra campi magnetici e sostanze diamagnetiche è forte solo nei superconduttori. I superconduttori sono quindi noti anche come "diamagneti perfetti". Essi presentano una magnetizzazione che sposta completamente la densità del flusso magnetico all'interno del superconduttore. A causa dell'effetto diamagnetico repulsivo, il superconduttore galleggia già sopra un magnete relativamente debole.

Permeabilità magnetica dei superconduttori

La permeabilità magnetica μ viene introdotta per descrivere la forza della magnetizzazione.

La magnetizzazione M avviene in un campo magnetico esterno H₀. Il campo magnetico totale H in presenza del materiale si ottiene moltiplicando il campo magnetico esterno H₀ per la permeabilità μ: H= μ•H₀.

Questo campo magnetico è la somma del campo magnetico esterno H₀ e della magnetizzazione M del materiale:

H=M+H₀.

Per la magnetizzazione vale quindi quanto segue: M=H-H₀=μ•H₀-H₀=(μ-1)•H₀.

Il fattore (μ-1) è chiamato anche suscettibilità magnetica χ e ne consegue che M=χ•H₀. I materiali para- e ferromagnetici hanno una permeabilità superiore a 1. La suscettibilità magnetica è quindi maggiore di 1. La suscettibilità magnetica è quindi maggiore di zero. La permeabilità dei materiali diamagnetici è leggermente inferiore a 1 e la suscettibilità è corrispondentemente inferiore a zero. Nel caso di un superconduttore, la permeabilità magnetica è μ=0 e la suscettibilità χ=-1. Ciò significa che il flusso magnetico non penetra più nel superconduttore. Si può anche immaginare che la magnetizzazione dei superconduttori sia uguale al campo esterno incidente, solo in direzione opposta. Il campo esterno viene quindi compensato nel superconduttore.

Un superconduttore non ha quindi alcuna permeabilità alla densità di flusso magnetico. Ha una resistenza magnetica infinitamente grande. Il superconduttore allontana completamente il flusso magnetico dal suo interno.

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