Come funziona un superconduttore?

Per capire come funziona un superconduttore, può essere utile esaminare come funziona prima un conduttore normale.Alcuni materiali come acqua e metallo consentono agli elettroni di fluire abbastanza facilmente, come l'acqua attraverso un tubo da giardino.Altri materiali, come il legno e la plastica, non consentono agli elettroni di fluire, quindi sono considerati non conduttori.Cercare di far passare l'elettricità attraverso di loro sarebbe come cercare di far scorrere acqua attraverso un mattone.

Anche tra i materiali considerati conduttivi, ci possono essere grandi differenze nella quantità di elettricità effettivamente.In termini elettrici, questo si chiama resistenza.Quasi tutti i normali conduttori di elettricità hanno una certa resistenza perché hanno atomi propri, che bloccano o assorbono gli elettroni mentre passano attraverso il filo, l'acqua o altro materiale.Una piccola resistenza può essere utile per mantenere sotto controllo il flusso elettrico, ma può anche essere inefficiente e dispendioso.

Un superconduttore prende l'idea della resistenza e lo gira in testa.Un superconduttore è generalmente composto da materiali sintetici o metalli come piombo o niobiumtitanium che hanno già un basso numero di atomici.Quando questi materiali vengono congelati a zero quasi assoluto, quali atomi hanno una macinatura per un quasi mezzo.Senza tutta questa attività atomica, l'elettricità può fluire attraverso il materiale senza praticamente nessuna resistenza.In termini pratici, un trasformatore di computer o una pista del treno elettrico dotato di un superconduttore userebbe pochissima elettricità per svolgere le sue funzioni.

Il problema più ovvio con un superconduttore è la temperatura.Esistono pochi modi pratici per supercool di grandi forniture di materiale superconduttivo al punto di transizione richiesto.Una volta che un superconduttore inizia a riscaldarsi, l'energia atomica originale viene ripristinata e il materiale crea nuovamente la resistenza.Il trucco per creare un superconduttore pratico sta nel trovare un materiale che diventa superconduttivo a temperatura ambiente.Finora, i ricercatori non hanno scoperto alcun materiale metallico o composito che perde tutta la sua resistenza elettrica ad alte temperature.

Per illustrare questo problema, immagina un filo di rame standard come un fiume d'acqua.Un gruppo di elettroni è su una barca che cerca di arrivare a destinazione a monte.Il potere dell'acqua che scorre a valle crea resistenza, il che rende la barca deve lavorare ancora più duramente per attraversare l'intero fiume.Quando la barca raggiunge la sua destinazione, molti passeggeri di elettroni sono troppo deboli per continuare.Questo è ciò che accade con un conduttore regolare: la resistenza naturale provoca una perdita di energia.

Ora immagina se il fiume fosse completamente congelato e gli elettroni erano in una slitta.Dal momento che non ci sarebbe acqua che scorre a valle, non ci sarebbe resistenza.La slitta avrebbe semplicemente passato il ghiaccio e depositava quasi tutti i passeggeri di elettroni in modo sicuro a monte.Gli elettroni non sono cambiati, ma il fiume è stato alterato dalla temperatura per non resistere.Trovare un modo per congelare il fiume a una temperatura normale è l'obiettivo finale della ricerca sul superconduttore.