Re: Superconduttività e magnetismo

From: Aniello Saggese <saggese_at_unisa.it>
Date: 2000/11/07

Menegatti Vittore wrote:
>
> Riposto questo messaggio dopo nove giorni perch� credo sia andato perduto.
> St� diventando un'abitudine per� :

In effetti e' un periodaccio un po' per tutti, speriamo che passi presto.

> Valar <nicola_fusco_at_libero.it> wrote in message
> 39F9FFD7.BB2B703F_at_libero.it...
>
> > non mi sono spiegato bene, quello che volevo dire e' che il campo
> > magnetico generato dalls supercariche dipende al campo magnetico estreno
> > in cui il superconduttore e' immerso (che e' un campo che in linea di
> > massima non dipende dal superconduttore, almeno a grosse distanze da
> > esso,e il cui modulo medio dipende da altri fattori),
>
> Vuoi dire che tutti noi siamo immersi in un campo magnetico
> di qualche genere pi� o meno forte, di cui per� in linea di massima
> non possiamo avvertire le conseguenze, mentre questi superconduttori
> le avvertono benissimo?
> Oppure non ho capito niente e questo c.m. esterno � qualcosa di
> ben preciso, e in tal caso a cosa � dovuto?

Se permettete mi inserisco nel discorso per poter dire alcune cose di
carattere generale che potrebbero, almeno spero, rendere piu' chiaro
l' argomento superconduttivita'.

Per motivi che non spiego in questo momento, ma che naturalmente cerco
di illustrare verso la fine di questo lungo post, la superconduttivita'
ed il magnetismo sono due fenomeni fortemente in contrasto tra di loro.
Ovvero la presenza di un campo magnetico tende a distruggere la
superconduttivita'. Quindi superconduttivita' e magnetisnmo sono dei
fenomeni antagonisti l' uno dell' altro. Un materiale prima di diventare
un superconduttore (effettuare una transizione dalla fase di metallo
normale a quella di superconduttore) deve eseguire una espulsione del
campo magnetico eventualmente presente in esso. Tutti noi siamo immersi
nel campo magnetico terrestre, piccolo ma sufficientemente grande da
permettere il funzionamento delle bussole. Questo campo magnetico da
fastidio alla superconduttivita' e quindi il superconduttore deve farlo
sparire dal suo interno. Come fa ?? Il superconduttore fa circolare
sulla sua superficie delle correnti elettriche in modo che il campo
magnetico generato sia uguale e contrario al campo esterno in modo da
rendere il campo magnetico all' interno del superconduttore nullo.
Che ci guadagna ?? Dipende, il passaggio dallo stato di metallo normale
allo stato di superconduttore e' energeticamente conveniente. Ma occore
spendere dell' energia per l' espulsione del campo magnetico. Allora se
il guadagno di energia nel diventare superconduttore e' maggiore della
perdita di energia per l' espulsione del campo magnetico il metallo
diventa superconduttore. Nel caso contrario, se deve spendere piu'
energia (per l' espulsione del campo magnetico) di quanta ne guadagni
(nel diventare superconduttore) rimane normale.

Quindi il campo magnetico delle "supercariche" non e' altro che il
campo generato dalle correnti superficiali per schermare l' eventuale
presenza del campo magnetico esterno al superconduttore e dovendosi
opporre ad esso dipendera' dal campo magnetico esterno.

> >questo campo magnetico generato dalle supercariche e interno al
> >superconduttore, tranne quando si supera il campo magnetico critico che fa
> >cessare la superconduttivita' anche a T piu' basse di quella critica, e'
> > esattamente uguale (in modulo e direzione) e opposto (in verso), a
> > quello esterno,
>
> Se ho capito bene la prima mi domando,
> perch� queste cariche supercondotte
> generano un simile campo magnetico?
> Viene imposto loro dal campo esterno?
> Tutte le cariche in movimento generano un c.m.
> opposto a quello esterno, con la stessa direzione ma con
> diverso modulo?
> E questo modulo � sempre pi� grande o pi� piccolo
> di quello del c.m. esterno?

Se hai capito quello che ho scritto sopra hai le risposte anche a queste
domande. Le cariche supercondotte non sono altro che gli elettroni di
conduzione del metallo che per poter permettere lo stato superconduttivo
all' interno del metallo sono costretti a generare un campo magnetico
esattamente uguale e contrario al campo esterno.

Tutto il discorso approposito di Campo Magnetico Critico e Temperatura
Critica si puo' spiegare in termini energetici come ho cercato di fare
sopra. Il guadagno (energetico non $$$) nel diventare superconduttore
dipende dal tipo di materiale e dalla temperature. Piu' il materiale
e' freddo e maggiore e' questo guadagno. Alla temperatura dello zero
assoluto (o nelle sue vicinanze) si ha il guadagno massimo. Noi chiamiamo
il valore della temperatura alla quale si ha il passaggio dallo stato di
metallo normale a quello di superconduttore Temperatura Critica.
Questo valore e' massimo quando il campo magnetico esterno e' nullo o
di ampiezza trascurabile, (perche' per diventare superconduttore il
metallo non deve spendere nulla o quasi nel generare le piccolissime
correnti di schermo necessarie per annullare un campo esterno trascurabile)
e quindi anche piccolissimi guadagni sono sufficienti per effettuare la
transizione alla fase superconduttiva. Man mano che i campi esterni
diventano piu' forti occorre maggiore energia per generare correnti piu'
forti per poter generare un campo magnetico in grado di cancellare il
campo esterno dall' interno del superconduttore. Cio' si puo' fare solo
a temperature piu' basse quando il guadagno energetico, crescendo con
l' abbassarsi della temperatura, diventa sufficientemente alto da far
ritornare la transizione alla fase superconduttiva energeticamente
conveniente. Quindi il valore della temperatura critica si riduce con
la crescita del campo magnetico esterno. Il minimo valore del campo
magnetico esterno in grado di distruggere la superconduttivita' per
qualunque temperatura si chiama Campo Magnetico Critico. In generale
se io fisso la temperatura ad un valore T per il quale il metallo si
trova nello stato superconduttore e faccio crescere il campo magnetico
il minimo valore di campo magnetico esterno che distrugge lo stato
superconduttivo a quella temperatura e' il campo magnetico critico
per quella temperatura e si chiama Hc(T). Da un punto di vista delle
applicazioni tecnologiche sono molto importanti Hc(4.2 K) e Hc(77 K)
che sono rispettivamente i campi magnetici critici alla temperature
dell' elio liquido e dell' azoto liquido.

> > quindi all'interno del superocnduttore hai due campi
> > magnetici (esterno e interno generato dalle supercorrenti), che pero'
> > sono uguali a opposti, per questo all'interno del supeconduttore il
> > campo magntico totale e' 0
>
> Quest'ultima parte � chiarissima .
> Rifacendomi alle precedenti domande per�
> vorrei chiederti, ogni volta che si parla di c.m. indotto
> da cariche in movimento, dobbiamo considerare la somma
> di questi due c.m. esterno - interno di cui hai parlato?

Se per campo magnetico indotto intendi dire il campo magnetico
generato dalle supercorrenti in risposta ad un campo esterno la
risposta e' si. Altrimenti devi spiegarti meglio.

> E perch� un campo magnetico intenso pu� annullare la
> superconduttivit�?

Non ho letto la risposta a questa domanda a causa dei problemi
del server news. Penso ti abbiano raccontato degli elettroni che
si accoppiano con gli spin opposti e che in questo modo cadono
in uno stato energeticamente piu' favorevole. La presenza del
campo magnetico con il suo vizio di voler allineare tutti gli
spin rompe queste coppie e quindi distrugge la superconduttivita'.

> cut...
> Qui la tua risposta � stata molto chiara.
> Grazie per la spiegazione dell'accoppiamento degli
> elettroni, non la sapevo.

Attento, la storia dell' accoppiamento degli elettroni prevede
una temperatura massima per la superconduttivita' che e' stata
abbondantemente superata. Quindi la storia non e' finita e la
ricerca in questo settore sta lavorando alacremente.

> Solo una domande, e scusa l'ignoranza,
> cos'� l'effetto Joule?

L' effetto joule e' la dissipazione di energia da parte di una
corrente elettrica quando scorre in un conduttore resistivo.
Tale energia viene trasformata in calore. Sull' effetto Joule
si basano le stufe elettriche, i forni, i tostapane etc...


In conclusione spero che l' aver descritto l' interazione della
superconduttivita' con il magnetismo usando solo termini di tipo
energetico sia stata piu' semplice di altre spiegazioni e che
abbia contribuito ad una migliore comprensione del fenomeno.

Aniello Saggese

-- 
Aniello Saggese Physics Department University of Salerno
Via S. Allende 3 84081 Baronissi Salerno ( Italy )
tel.+39-89-965381 fax.+39-6-23310972 mailto:saggese_at_unisa.it
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