Questa volta abbiamo cercato una curiosità scientifica : Quanto velocemente si muovono gli elettroni nei superconduttori?
Ed ecco le risposte degli esperti:
La velocità degli elettroni nei superconduttori non è molto diversa dalla velocità degli elettroni nei normali conduttori / semiconduttori: è tipicamente misurata in micro metri al secondo. Quindi … molto, molto lentamente.
Se questo è sorprendente per te, ricorda che l'energia elettrica non è sotto forma di elettroni, ma piuttosto sotto forma di onde elettromagnetiche che vengono trasmesse attraverso gli elettroni, da un elettrone all'altro. L'energia elettrica effettiva si muove all'incirca alla velocità della luce in qualunque materiale tu stia lavorando, anche se gli elettroni stessi non lo fanno. Poiché gli elettroni sono carichi, il loro movimento mutevole è ciò che genera le onde elettromagnetiche che trasportano energia elettrica.
Spero possa aiutare,
In qualsiasi superconduttore gli elettroni liberi si muovono casualmente ad alta velocità, con un tendenza complessiva molto ridotta a scivolare lungo il filo superconduttore. La velocità casuale ha un'energia di circa l'Energia di Fermi, che può essere di diversi elettronvolt, portando a velocità medie di centinaia di km / s. D'altra parte, la piccola deriva è ciò che è responsabile della corrente. La velocità v di questa deriva è direttamente proporzionale alla corrente I secondo la formula I=env A dove A è l'area della sezione trasversale del filo, n è la densità di elettroni liberi ed e è la carica elementare. La densità di elettroni liberi in un superconduttore, o qualsiasi conduttore, è piuttosto grande, nell'ordine n ~ 10 ^ 23 cm ^ – 3 (a seconda del materiale), e questo rende la velocità di deriva v molto piccolo per correnti ragionevoli. Un filo con A=0. cm ^ 2 e che trasporta 1 ampere ha un elettrone velocità di deriva di solo 0. cm / sec, ma la deriva aumenta all'aumentare delle correnti.
Una cosa da ricordare è che nei superconduttori ci sono due tipi di elettroni. In un superconduttore gli elettroni regolari vengono separati, il che in breve li rende un isolante o un semiconduttore. Gli altri elettroni che erano nel gap si accoppiano e formano il condensato superconduttore, e c'è una certa densità di elettroni per questo condensato. Questo condensato ha una fase meccanica quantistica φ. Quando il superconduttore non trasporta corrente, la fase è la stessa ovunque. Se applichi la tensione al superconduttore, “avvolgi” la fase da un'estremità all'altra: dal punto di vista meccanico quantistico, questo avvolgimento di fase corrisponde alla quantità di moto e quindi alla velocità. In genere si applica la tensione per un breve periodo per “accelerare la condensa” per ottenere la corrente necessaria, quindi si imposta la tensione su zero e si lascia che la corrente continui. La velocità con cui questa fase si snoda sebbene lo spazio corrisponda alla quantità di moto, o velocità degli elettroni, quindi possiamo concludere che la velocità della condensa dipende da quanta corrente c'è. C'è un limite, che è la corrente critica; al di sopra di questa corrente critica, la superconduttività si interrompe e si torna a un normale metallo (o qualsiasi altra cosa sia quel superconduttore).