Cosè la superconduttività?

La superconduttività è una parte interessante della fisica che ha usi in molti fattori della nostra vita. Se gli scienziati fossero in grado di scoprire un superconduttore a temperatura ambiente e pressione, rivoluzionerebbe la tecnologia. Sfortunatamente, questo si è rivelato un compito molto difficile e potrebbe non essere affatto possibile.

Cos'è la superconduttività?

Un conduttore elettrico è un materiale che può condurre elettricità. Ogni materiale ha la sua resistenza elettrica che è una misura della sua opposizione al flusso di una corrente elettrica. Un materiale ad alta resistenza è un cattivo conduttore e viceversa.

La superconduttività è un fenomeno fisico in cui un materiale ha una resistenza elettrica zero. In questo stato, ci sono una serie di effetti interessanti e utili. Un superconduttore senza resistenza significa che può essere attraversato da una corrente elettrica senza mai perdere energia o riscaldarlo. Ciò può consentire una trasmissione e uno stoccaggio dell'energia perfettamente efficienti.

I superconduttori possono anche creare magneti eccezionalmente potenti, esempi di ciò si possono trovare nelle macchine per la risonanza magnetica e negli acceleratori di particelle. Gli esperimenti hanno dimostrato che le correnti elettriche in questi magneti possono persistere per anni senza alcuna diminuzione misurabile di forza. La ricerca suggerisce che la corrente sarebbe stabile per almeno 100.000 anni, con alcune stime che prevedono che la corrente sarebbe in grado di persistere più a lungo della durata stimata dell'universo.

Quando vengono posizionati su un magnete, i superconduttori formano un campo magnetico uguale che respinge il magnete. Ciò consente ai superconduttori di levitare perfettamente sopra o sotto un magnete o anche lungo una traccia di magneti.

Requisiti della superconduttività

Un materiale inizia a supercondurre solo al di sotto di una certa temperatura, dove la sua resistenza elettrica scende improvvisamente a zero. Sfortunatamente, tutti i superconduttori conosciuti diventano superconduttori solo a temperature estremamente basse. Un superconduttore "ad alta temperatura" è definito come un materiale che si comporta come un superconduttore al di sopra della temperatura dell'azoto liquido (73K o -200°C). La temperatura esatta alla quale la resistenza elettrica di un materiale scende a zero è chiamata "temperatura critica".

Suggerimento: gli elementi di fisica particolarmente freddi sono generalmente misurati in Kelvin (K). Un Kelvin equivale a un grado Celsius, ma la scala Kelvin inizia dallo zero assoluto, ovvero -273.15°C.

Il superconduttore a temperatura più alta scoperto, a partire dal 2020, è Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127 che ha una temperatura critica di 138K o -135°C a un'atmosfera di pressione.

La temperatura non è l'unico fattore importante nella superconduttività, anche la pressione gioca un ruolo in numerosi superconduttori. L'idrogeno solforato (H2S) ha una temperatura critica di appena 203K (-70°C) e il decaidruro di lantanio (LAH10) ha una temperatura critica di 250K (-23°C). Sfortunatamente, questi materiali devono essere a pressioni incredibilmente elevate per diventare superconduttori, con H2S che necessita di 986.923 atmosfere di pressione e LaH10 che necessita di 1.677.770 atmosfere.

Mancia: La pressione su questa scala è generalmente misurata in GPa o Giga-pascal con i numeri che sono rispettivamente 100 GPa e 170 GPa. Per rendere questo valore più comprensibile, è stato convertito in atmosfere. Un'atmosfera di pressione è la pressione atmosferica media al livello del mare sulla Terra. Per fare un confronto, la pressione nel punto più profondo degli oceani della Terra, il Challenger Deep nella Fossa delle Marianne, è di 1.071 atmosfere a 10.994 metri sotto il livello del mare.

Potenziali usi futuri dei superconduttori a temperatura ambiente

Il termine "superconduttore a temperatura ambiente" viene utilizzato per riferirsi a potenziali materiali futuri che mostrano superconduttività a temperature superiori a 273 K o 0 ° C. Per diventare particolarmente utili nel mondo reale, questi materiali dovrebbero anche essere superconduttori a un'atmosfera di pressione o vicino ad essa.

Un superconduttore a temperatura ambiente aiuterebbe a ridurre i problemi energetici mondiali eliminando quasi l'energia elettrica persa durante la trasmissione a lunga distanza sulle linee elettriche. Consentirebbero anche computer e dispositivi di archiviazione di memoria più veloci insieme a sensori scientifici più sensibili. Diventerebbe molto più economico far funzionare i magneti super potenti utilizzati in dispositivi come acceleratori di particelle, macchine per la risonanza magnetica, prototipi di reattori a fusione nucleare e treni maglev, poiché i magneti non richiederebbero azoto liquido per raffreddare il superconduttore abbastanza da funzionare.