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il primo magazine sulla sostenibilità applicata

SUPERCONDOTTI AL MOTO PERPETUO
Da curiosità accademica a promettente tecnologia in campo medico e nei trasporti, i superconduttori danno anche spettacolo.

I superconduttori sono particolari materiali che, se raffreddati fino a temperature molto basse, e comunque al di sotto di una temperatura detta temperatura critica (molto prossima allo zero assoluto e caratteristica di ogni materiale), vedono bruscamente annullare la loro resistività elettrica, cioè l'attitudine di un materiale a opporre resistenza al passaggio delle cariche elettriche; la resistività elettrica è detta anche resistenza elettrica specifica e nel sistema internazionale si misura in ohm per metro.

Si comportano come superconduttori circa 30 elementi e molte loro leghe e composti (per esempio alluminio, mercurio, piombo, zinco, gallio, indio, titanio, zirconio).

Il fenomeno della superconduttività fu scoperto nel 1911 dal fisico tedesco Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) osservando come la resistività del mercurio, a valori prossimi a zero (circa 4 K), si annullava bruscamente, anziché assestarsi su valori minimi. Raggiungere temperature così basse era però tecnicamente molto difficile e quindi il fenomeno rimase una curiosità accademica. Per molti anni infatti la temperatura critica (TC) più alta mai raggiunta rimase di 23 K per una lega di niobio.

La superconduttività iniziò a destare interessi pratici solo a partire dal 1986, quando i fisici J.G. Bednorz e K.A. Muller dei laboratori dell'IBM scoprirono come alcuni 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.

Con successive ricerche 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.

Grazie alla resistività praticamente nulla un superconduttore non dissipa calore come farebbe un conduttore normale soggetto all'effetto Joule (detto anche effetto termico, la legge di Joule definisce un fenomeno per cui un conduttore attraversato da una corrente elettrica disperde energia sotto forma di calore in funzione dell'intensità della corrente elettrica che lo attraversa. Prende il nome dal fisico James Prescott Joule che lo osservò attorno al 1855).

Con un cavo superconduttore invece è possibile trasportare corrente anche a grandi distanze senza disperdere energia. Un'altra applicazione interessante è la realizzazione di magneti superconduttori capaci di generare campi magnetici molto intensi, come quelli richiesti per esempio dalla risonanza per uso medico.

Oggi la tecnologia dei superconduttori e la ricerca scientifica  hanno fatto passi da gigante anche nel raffreddamento e le sue applicazioni, anche quelle più semplici, danno luogo a fenomeni spettacolari.

All’università di Tel Aviv gli scienziati hanno messo a punto un sistema che permette a un disco (raffreddato con elio liquido) di levitare sopra una superficie magnetica e continuare in un moto pressoché perpetuo.

La caratteristica dei superconduttori, infatti, è quella di assumere resistenza nulla anche quando sono attraversati da un campo magnetico a una temperatura sufficientemente bassa. Così il disco resta sospeso senza mai cadere e, se messo in movimento, il suo moto non si arresta mai.

Questo tipo di materiali è allo studio per applicazioni molto importanti come quella dei trasporti ferroviari: annullare la resistenza permette infatti di raggiungere altissime velocità con un utilizzo di energia molto assai contenuto.

*0 K = −273 °C

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