Cos’è la superconduttività?
La superconduttività è un fenomeno fisico che comporta resistenza elettrica nulla ed espulsione del campo magnetico, esso avviene in alcuni materiali al di sotto di una caratteristica temperatura critica. Tale proprietà fu scoperta per la prima volta nel 1911 da Heike Kamerlingh Onnes,[1]. Come il ferromagnetismo e le linee spettrali atomiche tale fenomeno non è spiegabile mediante la fisica classica, ma solo mediante la meccanica quantistica.
L’effetto Meissner-Ochsenfeld, cioè il fatto che tali materiali espellono il campo magnetico presente al loro interno quando al diminuire della temperatura passano nello stato superconduttore, indica che la superconduttività non può essere spiegata come un perfetto conduttore della fisica classica.
La resistenza elettrica di un conduttore metallico diminuisce gradualmente al diminuire della temperatura. Nei metalli comuni, come ad esempio il rame o l’argento, al di sotto di una certa temperatura, che dipende dalle impurità e dai difetti, la resistenza non varia sensibilmente. Quindi anche vicino allo zero di assoluto i conduttori presentano una resistenza elettrica. Il fatto rilevante nei superconduttori è che la resistenza si annulla completamente, quando il materiale è raffreddato al di sotto della sua temperatura critica. Una corrente elettrica può scorrere indefinitamente in un circuito chiuso senza nessun generatore [2].
Nel 1982, si è scoperto che alcuni cuprati ceramici con struttura di perovskite hanno una temperatura critica maggiore di 90 K (−183 °C)[3].
Tale alta temperatura, è impossibile da raggiungere con i superconduttori tradizionali, per cui questi materiali sono chiamati superconduttori ad alta temperatura critica. L’azoto liquido che bolle a 77 K, è un fluido criogenico economico e di largo uso che permette una facile sperimentazione di tali nuovi materiali.
Conoscenza importante sulla superconduttività:
La resistività di un conduttore elettrico convenzionale decresce proporzionalmente al decrescere della temperatura. La proporzionalità lascerebbe intendere che a temperature prossime allo zero assoluto la resistività tenda a zero: questo non avviene. Anche in ottimi conduttori come l’oro, il rame o l’argento permane una sensibile resistenza anche a valori prossimi allo zero assoluto.
Fisica in cucina: L’uso della fisica in cucina risulta essere di grande aiuto nella vita quotidiana è sempre consigliato avvicinarsi alla cucina scientifica anche per capire cosa fa quando prepara un piatto tradizionale. Chi desidera controllare tutto quello che succede nella sua cucina allora ne avrà dei vantaggi enormi, soprattutto perché non avrà bisogno di prodotti preconfezionati in quanto potrà costruirsi tutto partendo da zero.
Adesso facciamo un esempio di un esperimento in cucina: L’uovo a 65 gradi
Esperimento: Cottura dell’uovo a 65 gradi
Materiale: Uova, acqua, sale
“Non sa neppure far bollire un uovo!” si lamenta a volte qualche moglie del marito, come se bollire un uovo fosse la cosa piu’ semplice del mondo, indice di una misera capacita’ culinaria. Eppure cuocere un uovo in acqua e’ meno semplice di quanto sembri a prima vista.
Un uovo di gallina e’ composto al 74% di acqua, al 12% di proteine e all’11% di grassi con tracce di vitamine, minerali e altre sostanze. Il grasso e’ concentrato esclusivamente nel tuorlo, mentre l’albume e’ sostanzialmente una soluzione al 10% di proteine in acqua.
Sono le proteine, e la loro capacita’ di coagulare all’aumentare della temperatura, che ci permettono di preparare un uovo sodo. Possiamo immaginare le proteine, sia nell’albume che nel tuorlo, come dei gomitoli di lana sospesi in un’oceano d’acqua. Aumentando la temperatura alcune proteine cominciano a “srotolarsi” parzialmente: si “denaturano”. Quando due proteine denaturate si incontrano si possono legare tra loro. A poco a poco si forma un reticolo tridimensionale solido di proteine che intrappola le molecole di acqua al suo interno: e’ avvenuta la coagulazione. Se tuttavia questa procede troppo a lungo, il reticolo proteico diventa cosi’ fitto che “strizza” fuori le molecole di acqua, l’albume assume una consistenza gommosa e poco appetibile mentre il tuorlo diventa secco e quasi sabbioso.
A 100 °C l’albume e il tuorlo coagulano entrambi, ma poiche’ il tuorlo e’ piu’ lento a cuocere, essendo piu’ interno, l’albume rischia di stracuocere. A seconda della consistenza desiderata dell’albume e del tuorlo le ricette tipicamente consigliano un tempo di cottura, spaziando dall’uovo alla coque all’uovo sodo, da 2-3 minuti a 10 minuti dal momento in cui viene deposto nell’acqua bollente. Il suggerimento dell’Artusi di mettere le uova in acqua fredda serve per bloccare la cottura.
In realta’ il segreto di una buona cottura dell’uovo non e’ il tempo ma una temperatura controllata. Si dovrebbe cuocere l’uovo alla temperatura a cui le le proteine coagulano, che e’ sempre minore di 100 °C. Vi sono diverse proteine nell’uovo, e ognuna coagula a temperature diverse. L’ovotransferrina, nell’albume, comincia a coagulare a 62 °C e diventa un solido morbido a 65 °C. Poiche’ l’ovotransferrina costituisce solo il 12% delle proteine dell’albume, questo rimane morbidissimo. A 85 °C anche l’ovalbumina, che costituisce il 54% delle proteine dell’albume, coagula, e il bianco diventa piu’ compatto. Il tuorlo invece si inspessisce a 65 °C e solidifica a 70 °C.
Se avete pazienza e un termometro da cucina per tenere sotto controllo la temperatura dell’acqua, potete provare a cuocere un uovo mantenendo l’acqua per un’ora a circa 65 gradi. Se vi piace l’uovo morbidissimo la vostra pazienza sara’ ricompensata dall’incredibile consistenza ottenuta con questa cottura, che, sappiatelo, viene anche eseguita in alcuni famosi ristoranti a tre stelle.
Segreti sullo sci: Lo studio che la fisica ci permette di fare di una curva, a partire da un filmato, per esempio, è simile a un’autopsia. Si tratta di un’osservazione a posteriori di qualche cosa che è già avvenuto: ci consente un’analisi dettagliata del complesso insieme di gesti motori il cui risultato è quella particolare sciata e fornisce indicazioni sulle diverse forze in gioco, sulle loro interazioni e sul loro peso relativo in quella sciata. La fisica non è per ora in grado di dare formule predittive che portino a rivoluzioni nella tecnica sciistica, o che rendano massima l’efficacia dell’azione di un particolare sciatore. Comprendere meglio come e perché accade qualche cosa è comunque un vantaggio sia nell’apprendimento di una tecnica sia, soprattutto, nel suo insegnamento. Lo sci è uno sport di movimento e, come tale, richiede di comprendere il movimento di corpi estesi (il sistema sciatore + sci) a partire dall’analisi delle cause che lo producono. Nello sci, le traiettorie sono esclusivamente il risultato dell’interazione fra il corpo dello sciatore, l’attrezzo e la neve: lo sciatore è quindi sia il veicolo, sia il passeggero, dato che egli costituisce un sistema unico con gli sci, ai quali è vincolato tramite gli scarponi e gli attacchi. Nello sci alpino il moto è determinato solamente dalla forza di gravità. Lo sciatore, con i movimenti del suo corpo, genera delle forze che, sommandosi alla gravità e agli attriti, producono le azioni di controllo per realizzare la traiettoria voluta.
Le leggi della gravitazione di Newton risultano essere determinati nello sci, insieme alla forza di attrito, poi infatti sono determinanti anche le forze inerziali. Addirittura risulta importante conoscere anche le condizioni di disequilibrio per svolgere movimenti che in condizioni di equilibrio non si potrebbero fare.