Повышение эффективности магнитов, будь то искусственные сверхпроводящие магниты или куски железа, может быть достигнуто путем изменения температуры материала или устройства. Понимание механики электронного потока и электромагнитного взаимодействия позволяет ученым и инженерам создавать эти мощные магниты. Без возможности улучшения магнитных полей за счет снижения температуры полезные высокомощные магниты, такие как те, что используются в аппаратах МРТ, были бы недоступны.
Текущий
Параметр, описывающий движущийся заряд, называется током. Магнитное поле создается, когда ток проходит через материал. Увеличение тока создает более мощное магнитное поле. Для большинства материалов движущейся заряженной частицей является электрон. В случае некоторых магнитов, таких как постоянные магниты, эти движения очень малы и происходят внутри атомов материала. В электромагнитах движение происходит, когда электроны проходят через проволочную катушку.
Увеличение тока
Увеличение заряда частицы или скорости, с которой она движется, увеличивает ток. Мало что можно сделать для увеличения или уменьшения заряда электрона - его величина постоянна. Однако что можно сделать, так это увеличить скорость, с которой движется электрон, а этого можно добиться за счет снижения сопротивления.
Сопротивление
Сопротивление, как следует из этого слова, препятствует прохождению тока. Каждый материал имеет свое значение сопротивления. Например, медь используется для электропроводки, потому что она имеет очень низкое сопротивление, тогда как деревянный брусок имеет очень высокое сопротивление и является плохим проводником. Самый простой способ изменить сопротивление материала - это изменить его температуру.
Температура
Сопротивление напрямую зависит от температуры - чем ниже температура материала, тем меньше сопротивление. Этот эффект увеличивает ток и, следовательно, силу магнитного поля. Понижение температуры проводящих материалов - самый простой и эффективный способ изготовления мощных магнитов, используемых сегодня.
Сверхпроводники
Некоторые материалы имеют температуры, при которых сопротивление падает почти до нуля. Это делает ток почти точно пропорциональным напряжению и создает очень сильные магнитные поля. Эти материалы известны как сверхпроводники. Согласно Physics for Scientist and Engineers, известный список этих материалов исчисляется тысячами. Основываясь на этом принципе, Лаборатория сильного магнитного поля в Университете Радбауд в Неймегене, Нидерланды, управляет магнитом, который настолько силен, что обычно немагнитные объекты, такие как лягушка, могут левитировать в магнитном поле. поле.