Problema — superconduttore a temperatura ambiente

Testo

Immagina che a $20\ ^\circ$C i fili di rame diventassero superconduttori (resistenza zero). Discuti in cinque righe l’impatto su: (a) trasporto di energia elettrica su lunga distanza; (b) elettronica di consumo e dissipazione termica; (c) batterie e auto elettriche.

Soluzione

Con $R = 0$ nei fili, la potenza dissipata nei conduttori $P = R\,i^2$ si annulla: il calore per effetto Joule sparisce ovunque ci sia solo rame. Le conseguenze:

(a) Trasporto su lunga distanza — oggi le linee perdono per effetto Joule (dell’ordine del $5\text{–}10\%$) e per questo si trasmette ad altissima tensione (per ridurre $i$ e quindi $i^2R$). Con fili superconduttori le perdite di linea si azzerano: si potrebbe trasmettere a bassa tensione su qualunque distanza senza sprechi, eliminando molte sottostazioni di trasformazione. Rivoluzione per le reti elettriche.

(b) Elettronica di consumo — le piste di rame e i cavi non scalderebbero più, ma i componenti attivi (transistor, chip, LED) e le resistenze dissipano per motivi propri, non spariscono: il calore dei processori resterebbe. Guadagno soprattutto nei collegamenti di potenza (alimentatori, distribuzione), meno nella logica. Le resistenze riscaldanti (fatte apposta per dissipare) non funzionerebbero più se fossero di rame.

(c) Batterie e auto elettriche — cavi e avvolgimenti dei motori di rame non dissiperebbero: motori più efficienti, meno calore da smaltire, ricariche a correnti elevate senza surriscaldare i cavi. La resistenza interna della batteria (di natura chimica) resterebbe però, così come le perdite negli avvolgimenti già limitate. Autonomia e rendimento migliorerebbero sensibilmente.

$\ev{R=0 \Rightarrow \text{niente } i^2R \text{ nei fili: reti senza perdite, motori/cavi freddi; ma componenti attivi e chimica invariati}}$

Collegamenti

Argomenti: Circuiti elettrici Concetti: Legge di Ohm Competenze: Analisi di casi limite e fantafisica