ทำไมแม่เหล็กจึงทำงานได้ดีขึ้นเมื่ออากาศเย็น?

การเพิ่มประสิทธิภาพของแม่เหล็ก ไม่ว่าจะเป็นแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดที่มนุษย์สร้างขึ้นหรือชิ้นส่วนของเหล็ก สามารถทำได้โดยการเปลี่ยนอุณหภูมิของวัสดุหรืออุปกรณ์ การทำความเข้าใจกลไกของการไหลของอิเล็กตรอนและปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าช่วยให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรสามารถสร้างแม่เหล็กอันทรงพลังเหล่านี้ได้ หากไม่มีความสามารถในการปรับปรุงสนามแม่เหล็กโดยการลดอุณหภูมิ แม่เหล็กกำลังสูงที่เป็นประโยชน์ เช่น แม่เหล็กที่ใช้ในเครื่อง MRI จะไม่สามารถเข้าถึงได้

พารามิเตอร์ที่อธิบายประจุที่เคลื่อนที่เรียกว่ากระแส สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นเมื่อกระแสเคลื่อนผ่านวัสดุ การเพิ่มกระแสจะสร้างสนามแม่เหล็กที่ทรงพลังยิ่งขึ้น สำหรับวัสดุส่วนใหญ่ อนุภาคที่มีประจุที่เคลื่อนที่คืออิเล็กตรอน ในกรณีของแม่เหล็กบางชนิด เช่น แม่เหล็กถาวร การเคลื่อนที่เหล่านั้นมีขนาดเล็กมากและเกิดขึ้นภายในอะตอมของวัสดุ ในแม่เหล็กไฟฟ้า การเคลื่อนที่เกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านขดลวด

การเพิ่มประจุของอนุภาคหรือความเร็วที่มันเคลื่อนที่จะเพิ่มกระแส ไม่สามารถดำเนินการเพิ่มหรือลดประจุของอิเล็กตรอนได้มากนัก เนื่องจากค่าของอิเล็กตรอนจะคงที่ อย่างไรก็ตาม สิ่งที่สามารถทำได้คือการเพิ่มความเร็วที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ และสามารถทำได้โดยการลดความต้านทานลง

การต่อต้านเช่นเดียวกับคำที่สื่อเป็นนัยขัดขวางการไหลของกระแส วัสดุแต่ละชนิดมีค่าความต้านทานของตัวเอง ตัวอย่างเช่น ทองแดงใช้สำหรับเดินสายไฟฟ้าเพราะมีความต้านทานต่ำมาก ในขณะที่ท่อนไม้มีความต้านทานสูงมากและทำให้ตัวนำไฟฟ้าไม่ดี วิธีที่ง่ายที่สุดในการเปลี่ยนความต้านทานของวัสดุคือการเปลี่ยนอุณหภูมิ

ความต้านทานขึ้นอยู่กับอุณหภูมิโดยตรง ยิ่งอุณหภูมิของวัสดุต่ำเท่าใด ความต้านทานก็จะยิ่งต่ำลง ผลกระทบนี้จะเพิ่มกระแสและความแรงของสนามแม่เหล็ก การลดอุณหภูมิของวัสดุนำไฟฟ้าเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดและมีประสิทธิภาพมากที่สุดในการผลิตแม่เหล็กอันทรงพลังที่ใช้ในปัจจุบัน

วัสดุบางชนิดมีอุณหภูมิที่ความต้านทานลดลงเกือบเป็นศูนย์ ทำให้กระแสเกือบเป็นสัดส่วนกับแรงดันและสร้างสนามแม่เหล็กที่แรงมาก วัสดุเหล่านี้เรียกว่าตัวนำยิ่งยวด จากข้อมูลของ Physics for Scientist and Engineers รายการที่ทราบของวัสดุเหล่านี้มีหลักพัน จากหลักการนี้ ห้องปฏิบัติการสนามแม่เหล็กสูงที่มหาวิทยาลัย Radboud ในเมือง Nijmegen ประเทศเนเธอร์แลนด์ ใช้แม่เหล็กที่มีกำลังมากจนวัตถุที่ไม่ใช่แม่เหล็กเช่นกบสามารถลอยอยู่ในแม่เหล็กได้ สนาม