SuperconductoresSuperconductores

Se denomina Se denomina superconductividadsuperconductividad a la a la capacidad intrínseca que poseen ciertos capacidad intrínseca que poseen ciertos

materiales para conducir corriente eléctrica materiales para conducir corriente eléctrica con resistencia y pérdida de energía nulas en con resistencia y pérdida de energía nulas en

determinadas condiciones. determinadas condiciones.

DescubrimientoDescubrimiento En 1911 Heike Kamerlingh Onnes observó que la En 1911 Heike Kamerlingh Onnes observó que la

resistencia eléctrica del mercurio desaparecía resistencia eléctrica del mercurio desaparecía bruscamente al enfriarse a 4 K (-269 °C), cuando lo que bruscamente al enfriarse a 4 K (-269 °C), cuando lo que se esperaba era que disminuyera gradualmente hasta el se esperaba era que disminuyera gradualmente hasta el cero absoluto. Gracias a sus descubrimientos, cero absoluto. Gracias a sus descubrimientos, principalmente por su método para lograr la producción principalmente por su método para lograr la producción de helio líquido, recibiría dos años más tarde el premio de helio líquido, recibiría dos años más tarde el premio Nobel de física. Durante los primeros años el fenómeno Nobel de física. Durante los primeros años el fenómeno fue conocido como fue conocido como supraconductividadsupraconductividad. .

En 1913 se descubre que un campo magnético En 1913 se descubre que un campo magnético suficientemente grande también destruye el estado suficientemente grande también destruye el estado superconductor, descubriéndose tres años después la superconductor, descubriéndose tres años después la existencia de una corriente eléctrica crítica. existencia de una corriente eléctrica crítica.

CaracterísticasCaracterísticas La mayoría de las propiedades físicas de los superconductores La mayoría de las propiedades físicas de los superconductores

varían de un material a otro, tales como la capacidad calorífica y la varían de un material a otro, tales como la capacidad calorífica y la temperatura crítica a la que se destruye la superconductividad. Por temperatura crítica a la que se destruye la superconductividad. Por otro lado, hay una clase de propiedades que son comunes a todos otro lado, hay una clase de propiedades que son comunes a todos ellos. Por ejemplo, ellos. Por ejemplo, todos los superconductores tienen exactamente todos los superconductores tienen exactamente resistividad ceroresistividad cero a pequeñas corrientes aplicadas cuando no hay a pequeñas corrientes aplicadas cuando no hay campo magnético. La existencia de estas propiedades implica que campo magnético. La existencia de estas propiedades implica que la superconductividad es una fase termodinámica, y, por tanto, la superconductividad es una fase termodinámica, y, por tanto, posee ciertas propiedades distintivas que son independientes de posee ciertas propiedades distintivas que son independientes de los detalles microscópicos.los detalles microscópicos.

Hasta ahora no se conoce ningún caso de superconductor cuya Hasta ahora no se conoce ningún caso de superconductor cuya temperatura crítica sea superior a los 185K, unos -88°C, a presión temperatura crítica sea superior a los 185K, unos -88°C, a presión ambiente. No obstante no es suficiente con enfriar, también es ambiente. No obstante no es suficiente con enfriar, también es necesario no exceder una corriente crítica ni un campo magnético necesario no exceder una corriente crítica ni un campo magnético crítico para mantener el estado superconductor.crítico para mantener el estado superconductor.

Comportamiento magnéticoComportamiento magnético

Un material Un material superconductor es superconductor es diamagnético,lo que diamagnético,lo que quiere decir que el quiere decir que el campo no puede campo no puede atravesar el cuerpo,lo atravesar el cuerpo,lo que se conoce como que se conoce como efecto Meissnerefecto Meissner

Comportamiento eléctricoComportamiento eléctrico La aparición del La aparición del superdiamagnetismosuperdiamagnetismo es debida a la es debida a la

capacidad del material de crear capacidad del material de crear supercorrientessupercorrientes. Éstas . Éstas son corrientes de electrones que no disipan energía, de son corrientes de electrones que no disipan energía, de manera que se pueden mantener eternamente sin manera que se pueden mantener eternamente sin obedecer el Efecto Joule de pérdida de energía por obedecer el Efecto Joule de pérdida de energía por generación de calor. Las corrientes crean el intenso generación de calor. Las corrientes crean el intenso campo magnético necesario para sustentar el efecto campo magnético necesario para sustentar el efecto Meissner. Estas mismas corrientes permiten transmitir Meissner. Estas mismas corrientes permiten transmitir energía sin gasto energético, lo que representa el efecto energía sin gasto energético, lo que representa el efecto más espectacular de este tipo de materiales. Debido a más espectacular de este tipo de materiales. Debido a que la cantidad de electrones superconductores es que la cantidad de electrones superconductores es finita, la cantidad de corriente que puede soportar el finita, la cantidad de corriente que puede soportar el material es limitada. Por tanto, existe una material es limitada. Por tanto, existe una corriente corriente críticacrítica a partir de la cual el material deja de ser a partir de la cual el material deja de ser superconductor y comienza a disipar energía. superconductor y comienza a disipar energía.

Obtención de materiales Obtención de materiales superconductoressuperconductores

Debido a las bajas temperaturas que se necesitan para conseguir la Debido a las bajas temperaturas que se necesitan para conseguir la superconductividad, los materiales más comunes se suelen enfriar superconductividad, los materiales más comunes se suelen enfriar con helio líquido. El montaje necesario es complejo y costoso, con helio líquido. El montaje necesario es complejo y costoso, utilizándose en muy contadas aplicaciones como, por ejemplo, la utilizándose en muy contadas aplicaciones como, por ejemplo, la construcción de electroimanes muy potentes para resonancia construcción de electroimanes muy potentes para resonancia magnética nuclear.magnética nuclear.

Sin embargo, en los años 80 se descubrieron los superconductores Sin embargo, en los años 80 se descubrieron los superconductores de alta temperatura. Esto ha abaratado mucho los costos en el de alta temperatura. Esto ha abaratado mucho los costos en el estudio de estos materiales y abierto la puerta a la existencia de estudio de estos materiales y abierto la puerta a la existencia de materiales superconductores a temperatura ambiente, lo que materiales superconductores a temperatura ambiente, lo que supondría una revolución en la industria del siglo XXI. La mayor supondría una revolución en la industria del siglo XXI. La mayor desventaja de estos materiales es su composición cerámica, lo que desventaja de estos materiales es su composición cerámica, lo que lo hace poco apropiado para fabricar cables mediante deformación lo hace poco apropiado para fabricar cables mediante deformación plástica, el uso más obvio de este tipo de materiales. Sin embargo plástica, el uso más obvio de este tipo de materiales. Sin embargo se han desarrollado técnicas nuevas para la fabricación de cintas se han desarrollado técnicas nuevas para la fabricación de cintas como IBAD (deposición asistida mediante haz de iones). Mediante como IBAD (deposición asistida mediante haz de iones). Mediante esta técnica se han logrado cables de longitudes mayores de 1 esta técnica se han logrado cables de longitudes mayores de 1 kilómetro.kilómetro.

ClasificaciónClasificación

Los superconductores se pueden clasificar en función de: Su comportamiento físico, pueden ser de tipo I (con un

cambio brusco de una fase a otra)o de tipo II (si pasan por un estado mixto en que conviven ambas fases)

La teoría que los explica, llamándose convencionales o no convencionales.

Su temperatura crítica, siendo de alta temperatura (generalmente se llaman así si se puede alcanzar su estado conductor enfriándolos con nitrógeno líquido, es decir, si Tc > 77K), o de baja temperatura (si no es así).

El material de que están hechos, pudiendo ser elementos puros (como el mercurio o el plomo), superconductores orgánicos (si están en forma de fulerenos o nanotubos, cerámicas (entre la que destaca el diboruro de magnesio) o aleaciones.

AplicacionesAplicaciones Los imanes superconductores son algunos de los electroimanes más Los imanes superconductores son algunos de los electroimanes más

poderosos conocidos. Se utilizan en los trenes poderosos conocidos. Se utilizan en los trenes maglevmaglev, en máquinas para la , en máquinas para la resonancia magnética nuclear en hospitales y en el direccionamiento del resonancia magnética nuclear en hospitales y en el direccionamiento del haz de un acelerador de partículas.(Te pongo un video del colisionador de haz de un acelerador de partículas.(Te pongo un video del colisionador de hadrones, hadrones, pulsa aquípulsa aquí ) )

Los superconductores se usan para construir uniones Josephson, que son Los superconductores se usan para construir uniones Josephson, que son los bloques de construcción de los SQUIDs (dispositivos superconductores los bloques de construcción de los SQUIDs (dispositivos superconductores de interferencia cuántica), los magnetómetros conocidos más sensibles. de interferencia cuántica), los magnetómetros conocidos más sensibles. Una serie de dispositivos Josephson se han utilizado para definir el voltio en Una serie de dispositivos Josephson se han utilizado para definir el voltio en el sistema internacional (SI). el sistema internacional (SI).

Aplicaciones futuras prometedoras incluyen transformadores de alto Aplicaciones futuras prometedoras incluyen transformadores de alto rendimiento, dispositivos de almacenamiento de energía, la transmisión de rendimiento, dispositivos de almacenamiento de energía, la transmisión de energía eléctrica, motores eléctricos (por ejemplo, para la propulsión de energía eléctrica, motores eléctricos (por ejemplo, para la propulsión de vehículos, como en vactrains o trenes maglev) y dispositivos de levitación vehículos, como en vactrains o trenes maglev) y dispositivos de levitación magnética. Sin embargo la superconductividad es sensible a los campos magnética. Sin embargo la superconductividad es sensible a los campos magnéticos en movimiento de modo que las aplicaciones que usan magnéticos en movimiento de modo que las aplicaciones que usan corriente alterna (por ejemplo, los transformadores) serán más difícil de corriente alterna (por ejemplo, los transformadores) serán más difícil de elaborar que las que dependen de corriente continua. elaborar que las que dependen de corriente continua.

FINFIN

Adrián Rodríguez Fernández 1º CNAAdrián Rodríguez Fernández 1º CNA