Die Effizienz von Magneten zu erhöhen, egal ob es sich um künstliche supraleitende Magnete oder Eisenstücke handelt, kann durch Änderung der Temperatur des Materials oder der Vorrichtung erreicht werden. Das Verständnis der Mechanik des Elektronenflusses und der elektromagnetischen Wechselwirkung ermöglicht es Wissenschaftlern und Ingenieuren, diese starken Magnete zu entwickeln. Ohne die Möglichkeit, Magnetfelder durch Absenken der Temperatur zu verbessern, wären nützliche Hochleistungsmagnete, wie sie in MRT-Geräten verwendet werden, unerreichbar.
Strom
Der Parameter, der eine bewegte Ladung beschreibt, wird Strom genannt. Ein magnetisches Feld wird erzeugt, wenn sich ein Strom durch ein Material bewegt. Eine Erhöhung des Stroms erzeugt ein stärkeres Magnetfeld. Bei den meisten Materialien ist das in Bewegung befindliche geladene Teilchen das Elektron. Bei einigen Magneten, wie beispielsweise Permanentmagneten, sind diese Bewegungen sehr klein und treten innerhalb der Atome des Materials auf. Bei Elektromagneten tritt die Bewegung auf, wenn Elektronen durch eine Drahtspule wandern.
Steigender Strom
Erhöhen entweder die Ladung des Teilchens oder die Geschwindigkeit, mit der es sich bewegt, erhöht den Strom. Es kann nicht viel getan werden, um die Ladung des Elektrons zu erhöhen oder zu verringern - sein Wert ist konstant. Was jedoch getan werden kann, ist die Geschwindigkeit, mit der sich das Elektron fortbewegt, zu erhöhen, und dies kann durch eine Verringerung des Widerstands erreicht werden.
Widerstand
Widerstand behindert, wie das Wort schon sagt, den Stromfluss. Jedes Material hat seinen eigenen Widerstandswert. Kupfer wird beispielsweise für elektrische Leitungen verwendet, weil es einen sehr geringen Widerstand hat, während ein Holzblock einen sehr hohen Widerstand hat und einen schlechten Leiter bildet. Der einfachste Weg, den Widerstand eines Materials zu ändern, besteht darin, seine Temperatur zu ändern.
Temperatur
Der Widerstand hängt direkt von der Temperatur ab – je niedriger die Temperatur des Materials, desto geringer der Widerstand. Dieser Effekt erhöht den Strom und damit die Stärke des Magnetfeldes. Das Senken der Temperatur leitfähiger Materialien ist der einfachste und effektivste Weg, um die heute verwendeten leistungsstarken Magnete herzustellen.
Supraleiter
Einige Materialien haben Temperaturen, bei denen der Widerstand fast auf Null abfällt. Dadurch wird der Strom fast genau proportional zur Spannung und erzeugt sehr starke Magnetfelder. Diese Materialien werden als Supraleiter bezeichnet. Laut Physik für Wissenschaftler und Ingenieure geht die bekannte Liste dieser Materialien in die Tausende. Basierend auf diesem Prinzip hat das High Magnetic Field Laboratory der Radboud University in Nijmegen, Niederlande, betätigt einen Magneten, der so stark ist, dass normalerweise nichtmagnetische Gegenstände, wie z. B. ein Frosch, in einem magnetischen Feld.