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La scoperta della superconduzione

 

Nel 1908 gli studi sulle bassissime temperature condotte dal fisico olande Heike Kammerlingh Onnes lo portarono a liquefare l'elio, ultimo tra i gas inerti a essere condensato, portandolo a 4 K. Quel giorno solo pochi millilitri di elio furono liquefatti da Onnes ma ciò aprì la strada all'esplorazione di regioni di temperatura precedentemente irraggiungibili. Il fisico olandese cominciò ad investigare le proprietà elettriche dei metalli a temperature molto basse e nel 1911 la superconduttività fu scoperta per la prima volta.

Le ipotesi volte a spiegare il fenomeno erano due: la prima voleva che gli elettroni fossero "congelati" dall'abbassarsi della temperatura, la seconda sosteneva il raggiungimento di un non ben definito valore minimo della resistenza. La seconda ipotesi suggeriva una diminuzione della resistenza all'abbassarsi della temperatura permettendo alla corrente un flusso imperturbato o quasi. Onnes fece passare una corrente attraverso un filo di mercurio purissimo misurando la resistenza al diminuire della temperatura. Non si osservò né il livellamento in basso della resistenza né tanto meno il congelamento degli elettroni. A 4.2 K la resistenza scomparve totalmente.

Secondo Onnes "il mercurio era passato in un nuovo stato che in base alle straordinarie proprietà elettriche può essere indicato come stato superconduttivo". Lo scienziato intuì subito l'importanza della scoperta anche da un punto di vista commerciale: un conduttore privo di resistenza può trasportare corrente a qualsiasi distanza senza perdite. In uno dei suoi esperimenti Onnes fece passare una corrente in un filo chiuso raffreddato a 4 K. Un anno dopo la corrente ancora fluiva nel filo senza perdite misurabili. Onnes trovò che i superconduttori permettono l'esistenza di quelle che lui chiamò correnti persistenti, cioè correnti elettriche che continuano a fluire senza una differenza di potenziale che le sostenga. Il fisico olandese vinse il premio Nobel per la Fisica nel 1913.

Ma anche un'altra caratteristica dello stato superconduttivo sbalordì gli studiosi del tempo. Nel 1933 due fisici tedeschi, Karl Walther Meissner e Robert Ochsenfeld, scoprirono che i superconduttori, oltre ad essere perfetti conduttori di elettricità, sono anche dei perfetti materiali diamagnetici, capaci cioè di espellere il flusso magnetico che contengono quando vengono raffreddati al di sotto della propria temperatura di transizione.

Questa espulsione del flusso magnetico è nota oggi come Effetto Meissner. L'Effetto Meissner avviene solo se il campo magnetico è relativamente piccolo. Se questo è troppo grande penetra nel superconduttore e il metallo perde il suo stato superconduttivo. Assieme all'assenza di resistenza, è stata proprio questa capacità di espellere il flusso magnetico a suscitare gli enormi interessi di ricerca nel campo della superconduttività.

 

 

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