لماذا يعمل المغناطيس بشكل أفضل عندما يكون باردًا؟

يمكن زيادة كفاءة المغناطيس ، سواء كانت مغناطيسات فائقة التوصيل من صنع الإنسان أو قطع من الحديد ، عن طريق تغيير درجة حرارة المادة أو الجهاز. يتيح فهم آليات تدفق الإلكترون والتفاعل الكهرومغناطيسي للعلماء والمهندسين إنشاء هذه المغناطيسات القوية. بدون القدرة على تحسين المجالات المغناطيسية عن طريق خفض درجة الحرارة ، فإن المغناطيسات المفيدة عالية الطاقة ، مثل تلك المستخدمة في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي ، ستكون بعيدة المنال.

المعلمة التي تصف الشحنة المتحركة تسمى التيار. يتم إنشاء مجال مغناطيسي عندما يتحرك تيار عبر مادة. تؤدي زيادة التيار إلى توليد مجال مغناطيسي أكثر قوة. بالنسبة لغالبية المواد ، فإن الجسيم المشحون المتحرك هو الإلكترون. في حالة بعض المغناطيسات ، مثل المغناطيس الدائم ، تكون هذه الحركات صغيرة جدًا وتحدث داخل ذرات المادة. في المغناطيس الكهربائي ، تحدث الحركة عندما تنتقل الإلكترونات عبر ملف سلكي.

تؤدي زيادة شحنة الجسيم أو السرعة التي يتحرك بها إلى زيادة التيار. لا يمكن فعل الكثير لزيادة أو تقليل شحنة الإلكترون - قيمتها ثابتة. ومع ذلك ، فإن ما يمكن فعله هو زيادة السرعة التي ينتقل بها الإلكترون ، ويمكن تحقيق ذلك عن طريق خفض المقاومة.

المقاومة ، كما تدل الكلمة ، تعيق تدفق التيار. كل مادة لها قيمة المقاومة الخاصة بها. على سبيل المثال ، يستخدم النحاس في الأسلاك الكهربائية لأنه يتمتع بمقاومة منخفضة للغاية ، في حين أن كتلة الخشب تتمتع بمقاومة عالية جدًا وتؤدي إلى ضعف الموصل. أسهل طريقة لتغيير مقاومة مادة ما هي تغيير درجة حرارتها.

تعتمد المقاومة بشكل مباشر على درجة الحرارة - فكلما انخفضت درجة حرارة المادة ، انخفضت المقاومة. يزيد هذا التأثير من التيار وبالتالي من قوة المجال المغناطيسي. يعد خفض درجة حرارة المواد الموصلة أسهل طريقة وأكثرها فعالية لصنع المغناطيسات القوية المستخدمة اليوم.

تحتوي بعض المواد على درجات حرارة تنخفض فيها المقاومة تقريبًا إلى الصفر. هذا يجعل التيار متناسبًا تقريبًا تمامًا مع الجهد ويخلق مجالات مغناطيسية قوية جدًا. تُعرف هذه المواد باسم الموصلات الفائقة. وفقًا لفيزياء العلماء والمهندسين ، فإن القائمة المعروفة لهذه المواد ترقى بالآلاف. بناءً على هذا المبدأ ، فإن مختبر المجال المغناطيسي العالي بجامعة رادبود في نيميغن بهولندا ، يشغل مغناطيسًا قويًا جدًا بحيث يمكن رفع الأجسام غير المغناطيسية عادةً ، مثل الضفدع ، في مغناطيس مجال.