Hvorfor fungerer magneter bedre når de er kalde?

Å øke effektiviteten til magneter, enten det er menneskeskapte superledende magneter eller jernbiter, kan oppnås ved å endre temperaturen på materialet eller enheten. Å forstå mekanikken i elektronstrøm og elektromagnetisk interaksjon lar forskere og ingeniører lage disse kraftige magneter. Uten muligheten til å forbedre magnetiske felt ved å senke temperaturen, ville fordelaktige magneter med høy effekt, som de som brukes i MR-maskiner, være utenfor rekkevidde.

Parameteren som beskriver en bevegelig ladning kalles strøm. Et magnetfelt genereres når en strøm beveger seg gjennom et materiale. Å øke strømmen genererer et kraftigere magnetfelt. For de fleste materialer er den ladede partikkelen i bevegelse elektronen. I tilfelle av noen magneter, for eksempel permanente magneter, er disse bevegelsene veldig små og forekommer innenfor materialets atomer. I elektromagneter oppstår bevegelsen når elektroner beveger seg gjennom en trådspole.

Å øke enten ladningen til partikkelen eller hastigheten den beveger seg på øker strømmen. Ikke mye kan gjøres for å øke eller redusere elektronens ladning - verdien er konstant. Det som imidlertid kan gjøres, er å øke hastigheten elektronet beveger seg på, og det kan oppnås ved å senke motstanden.

Motstand, som ordet antyder, hindrer strømmen av strøm. Hvert materiale har sin egen motstandsverdi. For eksempel brukes kobber til elektriske ledninger fordi den har en veldig lav motstand, mens en trekloss har en veldig høy motstand og gjør en dårlig leder. Den enkleste måten å endre motstanden til et materiale er å endre temperaturen.

Motstand avhenger direkte av temperatur - jo lavere temperaturen på materialet, jo lavere motstand. Denne effekten øker strømmen og derfor styrken til magnetfeltet. Å senke temperaturen på ledende materialer er den enkleste og mest effektive måten å lage de kraftige magneter som brukes i dag.

Noen materialer har temperaturer der motstanden faller nesten til null. Dette gjør strømmen nesten nøyaktig proporsjonal med spenningen og skaper veldig sterke magnetfelt. Disse materialene er kjent som superledere. I følge Physics for Scientist and Engineers teller den kjente listen over disse materialene i tusenvis. Basert på dette prinsippet, High Magnetic Field Laboratory ved Radboud University i Nijmegen, Nederland, driver en magnet som er så kraftig at normalt ikke-magnetiske gjenstander, for eksempel en frosk, kan løftes i en magnetisk felt.