Re: Magneti permanenti e superconduttori

From: Paolo Russo <paolrus_at_libero.it>
Date: Fri, 29 Aug 2003 20:21:22 GMT

[Damiano:]
>Qualcuno pu� spiegarmi il fenomeno per cui un magnete posto sopra un
>materiale superconduttore assume una posizione di equilibrio stabile
>restando sospeso a mezz'aria?

Supponiamo di avere una lastra superconduttrice. Prima
avviciniamo un magnete, possibilmente di quelli forti
(neodimio-ferro-boro), tenendolo sospeso a una certa altezza
sopra la lastra (diciamo un centimetro), poi versiamo azoto
liquido sulla lastra in modo da portarla alla
superconduzione. A questo punto la lastra fara` "presa" sul
campo sviluppato dal magnete. La "presa" funziona in questo
modo. Supponiamo che il magnete abbia il nord in alto e il
sud in basso. La lastra non sta ancora producendo alcun
campo (visualizzare con un font non proporzionale, es.
Courier):


   NNN
   ###
   SSS


#########
#########
#########

A questo punto lasciamo cadere il magnete. L'avvicinamento
del magnete produce un cambiamento del campo nella lastra che
induce una corrente parassita che produce un campo magnetico
che si oppone alla variazione:


   NNN
   ###
   SSS

##SSSSS##
##NNNNN##
#########

A mano a mano che il magnete scende, la corrente aumenta e il
campo repulsivo aumenta fino a fermare la caduta del magnete
e a farlo rimbalzare in alto; dopo un po' di oscillazioni su
e giu' smorzate dall'attrito dell'aria e da eventuali
correnti parassite interne al magnete (se e` conduttore), il
magnete si assesta a una certa altezza, quella alla quale la
forza repulsiva controbilancia quella di gravita`. Se la
lastra non fosse superconduttrice, la corrente diminuirebbe
rapidamente nel tempo per le perdite resistive, il campo
contrario svanirebbe e il magnete cadrebbe, sia pur con una
caduta lievemente frenata. La levitazione e` quindi stabile
verticalmente, e fin qui niente di speciale, succederebbe
anche usando, al posto del superconduttore, un magnete con il
sud in alto.
La cosa interessante e` che c'e` anche stabilita` laterale e
perfino rotazionale (che lusso!).
Supponiamo per semplificare il disegno di essere in assenza
di gravita` e che quindi la posizione di equilibrio verticale
sia quella originale che aveva il magnete quando la lastra e`
stata raffreddata:

   NNN
   ###
   SSS


#########
#########
#########

Se qualcosa muove il magnete, per esempio verso sinistra,
questo movimento induce correnti che producono campi tali da
opporsi al suo moto:

  NNN
  ###
  SSS


#SS##NN##
#NN##SS##
#########

Insomma, per farla breve, il superconduttore si oppone a
qualunque variazione del campo magnetico attraverso la sua
superficie, quindi a qualunque traslazione o rotazione del
magnete (eccetto la rotazione attorno all'asse nord-sud di
simmetria del campo). Riesce a farlo cosi' bene che il campo
risultante all'interno della lastra (campo prodotto dal
magnete esterno + campo generato internamente dalle correnti)
risulta congelato: la configurazione del campo nella lastra
rimane sempre uguale, indipendentemente da cio` che accade
all'esterno (sempre che non si superi la corrente critica).
Puoi pensare alle linee del campo magnetico che rimangono
come "congelate" dentro il superconduttore, quindi credo sia
abbastanza valida l'immagine mentale del superconduttore che
"afferra" il magnete prendendolo per le linee del campo che
produce.

Quello che non so e` come si comporta il sistema se quando il
magnete viene avvicinato alla lastra questa sta gia`
superconducendo (e quindi ha "congelato" un campo nullo, al
piu' quello terrestre). Immagino che a quel punto non esista
piu' stabilita` orizzontale e che rotazionalmente l'asse
nord-sud del magnete tenda a ribaltarsi in orizzontale, ma e`
solo un'idea.

Ciao
Paolo Russo
Received on Fri Aug 29 2003 - 22:21:22 CEST