SUPERCONDUCTIVE MATERIALS

MATERIALES SUPERCONDUCTORES

SUPERCONDUCTIVE MATERIALS

Laura Isabel Barrera Echeverri

Walter Mauricio Salazar Morales

Thori Sterling Rojas

Andrés Felipe Vidal Molina

libarrerae@unal.edu.co

wmsalazarm@unal.edu.co

ttsterlingr@unal.edu.co

afvidalm@unal.edu.co

Estudiantes de Ingeniería Industrial, Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín

RESUMEN:

En este trabajo se va a dar a conocer el concepto de materiales superconductores, sus tipos, su utilidad, funcionalidad y su importancia. Iniciaremos mostrando su definición y sus diferentes aplicaciones y avances en la actualidad. Todo esto con el fin de entender el concepto y discutir los resultados de algunos experimentos realizados en este campo.

PALABRAS CLAVE: Resistencia nula, temperatura, campo crítico, Cooper, propiedades, conductividad.

ABSTRACT:

In this work will raise awareness of the concept of superconductive materials, their types, their usefulness, functionality and importance. We begin showing its definition and its various applications and advances today. All this in order to understand the concept and discuss the results of some experiments in this topic.

KEYWORDS:

Zero resistance, temperature, camp, critic, Cooper, properties, conductivity.

1. INTRODUCCIÓN

1.1 ¿QUÉ SON MATERIALES SUPERCONDUCTORES?

Son materiales que permiten el paso de corriente eléctrica a través de ellos sin presentar ninguna resistencia, pero esto sólo se da cuando el material está por debajo de una temperatura determinada, esta temperatura es llamada temperatura crítica.

Generalmente en los metales, la resistividad eléctrica va disminuyendo mientras la temperatura disminuye, pero esta resistividad nunca se hace cero debido a impurezas y defectos en el material; al contrario de estos, en los materiales superconductores la resistividad eléctrica desciende de una forma brusca y se hace cero cuando está a una temperatura más baja que la temperatura crítica. Los materiales superconductores también poseen una corriente crítica, como el número de electrones superconductores dentro del material es limitado, la corriente que este puede soportar es igualmente limitada, lo que hace que a partir de una corriente determinada el material deje de tener propiedades superconductoras y comienza a haber pérdida de energía.

1.2 TIPOS DE SUPERCONDUCTORES

1.2.1 SEGÚN PROPIEDADES MAGNÉTICAS

El hecho de que el superconductor pueda apantallar totalmente el campo magnético de su interior se conoce como

SUPERCONDUTIVIDAD TIPO I.

Lamentablemente el campo crítico de estos materiales es tan pequeño que no se pueden desarrollar aplicaciones tecnológicas con ellos.

Los SUPERCONDUCTORES TIPO II permiten que el campo magnético pueda penetrar en su interior sin dejar de ser superconductores. Este comportamiento se mantiene para campos magnéticos cuyo valor puede ser hasta varios millones de veces el campo magnético terrestre.

Los superconductores tipo I siempre intentan expulsar el campo magnético de su interior, los de tipo II se oponen a que éste cambie.

1.2.2 SEGÚN TEMPERATURA CRÍTICA

• De alta temperatura si pueden alcanzar el estado de superconductor enfriándose con nitrógeno liquido.

• De baja temperatura si no es así ya que es necesario enfriarlo con helio liquido.

1.2.3 SEGÚN EL MATERIAL

• Elementos puros como el plomo o el mercurio.

• Superconductores orgánicos si están en forma de nanotubos o de fulerenos.

• Cerámicos o aleaciones.

1.2.4 TEMPERATURA CRÍTICA

Temperatura de referencia, por debajo de la cual el material se comporta como un superconductor.

1.3 CAMPO CRÍTICO

Fuerza magnética necesaria para que el material pierda su superconductividad.

1.4 CORRIENTE CRÍTICA

Corriente máxima que puede pasar a través del material antes de perder sus propiedades de superconductividad.

1.5 PAR DE COOPER

Par de electrones que transportan la carga eléctrica conjuntamente, que permite que se dé la superconductividad.

2. HISTORIA

James Dewar en el siglo XIX fue el primero en hacer experimentos con el fin de medir la resistividad eléctrica a bajas temperaturas, pero los verdaderos avances en este campo iniciaron con el doctor H. Kamerlingh Onnes quien logró la producción del helio líquido y posterior a este logró enfriar con este el mercurio a -269ºC descubriendo que su resistencia eléctrica desaparecía bruscamente a esta temperatura, dando lugar a una superconductividad.

Más tarde en 1913 se descubrió que los campos magnéticos podían acabar el estado de superconductividad de un material, igualmente una corriente eléctrica mayor a la que el material es capaz de soportar (corriente crítica).

El último gran hito de la superconductividad tuvo lugar en 1986 cuando J. C. Bednorz y K. A. Müller, en unos laboratorios de IBM en Suiza, descubrieron los materiales superconductores cerámicos. Estos materiales han revolucionado el mundo de la superconductividad al poder trabajar a temperaturas por encima de la de ebullición del nitrógeno líquido (-169ºC), lo que permite enfriarlos con mucha facilidad y de forma barata. Estos dos científicos también recibieron el premio Nobel en 1987.

3. PRINCIPALES TEORÍAS

3.1 LA TEORÍA BCS

Mediante la cual se estudia microscópicamente el material, esta teoría dice que la carga no es transportada por los electrones individualmente, sino por parejas de electrones, que al estar inmersos en una red cristalina es posible que se puedan atraer en lugar de repelerse. Esta teoría es efectiva a la hora de estudiar materiales homogéneos y superconductores de tipo I, pero falla a la hora de estudiar materiales con muchas impurezas, aleaciones o cerámicas.

3.2 TEORÍA GINZBURG – LANDAU

Esta teoría estudia al material macroscópicamente, esta teoría es muy útil para estudiar los superconductores con impurezas.

4. EXPERIMENTO

MATERIALES QUE SE HACEN SUPERCONDUCTORES CON VINO TINTO Y CON SAKE

“Unos científicos japoneses logran que un compuesto férrico adquiera esa propiedad tras la inmersión durante 24 horas en algunas bebidas alcohólicas

"Hemos descubierto un sorprendente método para inducir superconductividad en un compuesto férrico: sumergiendo la muestra en bebidas alcohólicas", escriben siete científicos japoneses. Desde luego, el experimento es poco corriente: han hecho unas aleaciones de hierro, telurio y azufre y han metido varias muestras durante 24 horas en frascos con vino blanco, vino tinto, sake, licor de frutas japonés, cerveza y whisky, siempre calientes (hasta 70 grados centígrados). Han descubierto así que, sobre todo en el caso del vino tinto y el sake, se induce superconductividad en el material. Los investigadores, dirigidos por Yoshihito Takano (Instituto Nacional de Ciencia de Materiales, Japón), explican su experimento en la publicación IOP Publishing pero afirman que desconocen las causas del fenómeno observado. De todas las bebidas alcohólicas probadas, la que induce mejor resultado, es decir las mejores propiedades superconductoras, es el vino tinto, seguido del sake, mientras que el efecto es insignificante en otras. Además, en el experimento se han sumergido también las muestras en agua pura, en etanol y en una solución de agua y etanol, pero no se logra el mismo resultado en estos casos...”

“…Los compuestos férricos sufren un proceso denominado orden magnético por el que las moléculas se alinean con un patrón regular, pero para lograr superconductividad hay que suprimirlo. Esto se debe producir debido a la sustitución de elementos presentes en el compuesto férrico por algo presente en el vino o el sake. Pero el experimento de Takano y sus colegas muestra que no debe ser el alcohol mismo, dado que no se observa el fenómeno con todas las bebidas ni con las soluciones de alcohol directamente. Los científicos creen que hay algún mecanismo subyacente en el efecto, pero no dan con él. Podría tratarse de la inserción de partículas eléctricamente cargadas en las capas de la aleación de las muestras…”

5. DISCUSIÓN DEL EXPERIMENTO

Ya que aparentemente no es el alcohol, el causante directo de que los materiales férricos tomen propiedades de superconductividad, se debe realizar el experimento con las sustancias propias que conforman el sake y el vino hasta encontrar la sustancia que logra la sustitución en el material.

Como puede que no sea solo uno de los elementos que conforman el sake y el vino los que logran alterar el material debido a que esto puede ocurrir por la reacción de ciertas mezclas presentes en estos dos licores, es necesario que en la investigación también se tengan en cuenta dichas mezclas a la hora de la experimentación y la búsqueda de resultados que optimicen la superconductividad.

6. APLICACIONES

6.1 APLICACIONES MÉDICAS

Se han aplicado campos magnéticos para arreglar

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