Effetto Meissner: fenomeno di espulsione del campo magnetico dai superconduttori, rendendoli perfetti diamagneti a temperature critiche.
Cos’è l’effetto Meissner?
L’effetto Meissner è un fenomeno fondamentale nella fisica dei superconduttori, scoperto nel 1933 dai fisici tedeschi Walther Meissner e Robert Ochsenfeld. Questo effetto descrive l’espulsione dei campi magnetici dall’interno di un materiale quando esso diventa superconduttore. In altre parole, un materiale superconduttore espelle completamente il campo magnetico al suo interno quando viene raffreddato al di sotto della sua temperatura critica (Tc).
La Superconduttività
La superconduttività è uno stato della materia in cui un materiale conduce elettricità senza alcuna resistenza. Questo stato si verifica a temperature molto basse, spesso vicine allo zero assoluto (0 K o -273,15 °C). Quando un materiale entra nello stato superconduttore, non solo la sua resistenza elettrica diventa zero, ma anche i suoi comportamenti magnetici cambiano drasticamente a causa dell’effetto Meissner.
L’Effetto Meissner in Dettaglio
Quando un materiale è nello stato normale e viene esposto a un campo magnetico, le linee del campo magnetico attraversano liberamente il materiale. Tuttavia, quando il materiale viene raffreddato al di sotto della sua temperatura critica e diventa superconduttore, le linee del campo magnetico vengono espulse dal suo interno. Questa espulsione avviene a causa delle correnti indotte sulla superficie del superconduttore, che generano un campo magnetico opposto a quello applicato, annullando così il campo magnetico all’interno del materiale.
Matematica dell’Effetto Meissner
Per descrivere quantitativamente l’effetto Meissner, si utilizzano le equazioni di London, che sono:
- \(\nabla \cdot \mathbf{B} = 0\) – Campo magnetico senza monopoli.
- \(\nabla \times \mathbf{B} = \mu_0 \mathbf{J}\) – Legge di Ampère modificata per i superconduttori.
Le correnti superficiali indotte (\(\mathbf{J}\)) creano un campo magnetico (\(\mathbf{B}\)) che esattamente cancella il campo magnetico esterno all’interno del superconduttore. La profondità alla quale il campo magnetico penetra nel superconduttore è definita come profondità di penetrazione di London (λL).
Applicazioni dell’Effetto Meissner
L’effetto Meissner ha importanti applicazioni pratiche. Una delle più note è il levitazione magnetica, sfruttata nei treni a levitazione magnetica (maglev). In questi sistemi, potenti magneti superconduttori generano campi magnetici che interagiscono con i binari per sollevare e spingere il treno, riducendo l’attrito e permettendo velocità estremamente elevate.
Conclusione
L’effetto Meissner è un fenomeno chiave nella comprensione e nell’utilizzo dei superconduttori. Espellendo i campi magnetici, i superconduttori non solo conducono elettricità senza resistenza, ma anche mostrano proprietà magnetiche uniche e utili per molte applicazioni tecnologiche avanzate, come la levitazione magnetica e le apparecchiature di imaging medico.
