Superconductores

UNIDAD 6 “SUPERCONDUCTORES”

6.1.- ANTECEDENTES Y GENERALIDADES

6.2.- MATERIALES SUPERCONDUCTORES

6.3.- APLICACIONES DE LOS SUPERCONDUCTORES

6.1.- ANTECEDENTES Y GENERALIDADES

Historia de la superconductividad:

El doctor H. Kamerlingh Onnes (1856 - 1926), de la Universidad de Leiden en Holanda, trabajó a principios del Siglo XX en la investigación de las propiedades de la materia a bajas temperaturas. Sus esfuerzos hicieron posible la producción de helio líquido en 1908, aunque la superconductividad no se descubriría sino hasta 1911 cuando observó que la resistencia eléctrica del mercurio desaparecía bruscamente al enfriarse a 4,2 K (-268,9 ºC), y lo mismo ocurría con otros metales, a los que denomino superconductores (Durante los primeros años el fenómeno fue conocido como supraconductividad).-

Y aunque hasta 1957 no se pudo comprender el origen de este fenómeno. J. Bardeen, L. Cooper y R. Schrieffer enunciaron la teoría conocida como BCS, en la que se postulaba que en un superconductor los entes que transportaban la corriente eran parejas de electrones conocidos como pares de Cooper. También ellos fueron galardonados con el Premio Nobel en 1972.

Pero seguía habiendo una dificultad a una temperatura tan baja, cercana a 0 K, no era fácil enfriar los metales. Para ello se debía utilizar Helio, único elemento que a esa temperatura no se solidificada, que resultaba muy caro y poco manejable. En 1986 Bednorz y Müller descubrieron que una familia de materiales cerámicos, eran superconductores con temperaturas críticas superiores a 90 K. Estos materiales se conocieron como superconductores de alta temperatura, y renovaron el interés en la investigación de la superconductividad. Encontrando así muchas formas de aplicar los superconductores a la vida diaria, mejorándola muchísimo, pero lo hará aun mas a medida que se encuentren superconductores a aun mas altas temperatura.-

LA CONDUCTIVIDAD es una propiedad que vemos a diario, cundo conectamos algún aparato o prendemos la luz y permitimos que la corriente eléctrica fluya a través de los cables del aparato, lo que lo hace funcionar.

Generalmente los cables están hechos de cobre, el cual es un buen conductor, ya que permite el paso de la corriente eléctrica con mayor fluidez, al igual que otros metales como el oro y la plata, sin embargo estos últimos tienen un mayor valor y sería muy costoso ocuparlos con este fin.

Una característica de este tipo de metales, es que poseen una estructura que permite el libre paso de electrones al someterlo a un potencial eléctrico que entra por una terminal negativa y el cual genera un desplazamiento o corriente de los electrones, de manera que por cada carga que entra al conductor una cantidad equivalente sale por la terminal positiva.

La resistencia que oponen los núcleos del metal al paso de los electrones se manifiesta en el hecho de que, al fluir los primeros, el metal se calienta. Esto debido a que los electrones al ser impulsados por la diferencia de potencial externo, tratan de pasar sufriendo infinidad de choques

En cada choque, el electrón cede parte de su energía cinética al núcleo el cual vibra. Estas vibraciones reflejan la energía perdida por las colisiones y se manifiestan en forma de calor. Y lo percibimos al notar que al paso de la corriente eléctrica, el metal se calienta.

Se ha comprobado que si enfriamos el metal, este pondrá menos resistencia y la corriente fluirá con mayor agilidad, lo que demuestra que la conductividad de un metal aumenta si la temperatura disminuye.

Con este descubrimiento surgió la pregunta: ¿Esta disminución tiene un límite, o si debajo de una cierta temperatura la resistencia que opone el metal al paso de la corriente, ya no disminuye?.

Con el paso de los años, diversos investigadores se dieron a la tarea de dar respuesta a estas y otras interrogantes, obteniendo descubrimientos sorprendentes, como los de H. Kamerlingh Onnes quien usando mercurio para sus experimentos, encontró que la resistencia eléctrica del metal medida en ohmios caía a un valor igual a cero por debajo de una temperatura igual a 4.2 K lo que marco el inicio de toda una rama de la física de bajas temperaturas conocida ahora como superconductividad (o flujo de electrones sin fricción, lo que implica la desaparición de la resistencia eléctrica de un metal).

Esta propiedad que encontró Onnes en el mercurio se ha logrado verificar hasta hoy en día en más de la mitad de los metales conocidos, sin embargo, la superconductividad no es sólo una propiedad característica de algunos metales. Hoy en día se conocen aleaciones y otros compuestos que exhiben esta propiedad.

Pero el impacto más sorprendente en este campo de la superconductividad se produjo cuando Karl A. Müller y Johannes G. Bednorz (enero 1986), de los laboratorios de la IBM en Suiza, anunciaron que un óxido de bario, lantano y cobre exhibía propiedades superconductoras a 35 K.

Este descubrimiento, genero trabajos experimentales y teóricos conocidos ahora con el nombre de superconductividad a temperaturas altas.

Meses después, investigadores informaron sobre diferentes compuestos superconductores cuya temperatura crítica era de hasta 90 K.

Esto nos lleva a pensar que el campo de la superconductividad a temperaturas altas sigue teniendo grandes perspectivas tecnológicas, a largo plazo.

6.2.- MATERIALES SUPERCONCUCTORES

Tipo I o suaves

Existen diferencias importantes entre los superconductores que permiten clasificarlos en dos grandes grupos. Ciertos metales; en particular los que tienen bajas temperaturas de fusión y son mecánicamente suaves y de fácil obtención en un alto grado de pureza y libres de esfuerzos mecánicos internos, exhiben semejanzas en su comportamiento en el estado superconductor. Estos materiales superconductores reciben el nombre de superconductores ideales, superconductores Tipo I, o suaves. *

Estos materiales experimentan una transición abrupta de la imanación diamagnética cuando el campo magnético externo Bext supera el campo crítico Bc. El valor de Bc en este tipo de superconductores es pequeño por lo que no tienen aplicación técnica en bobinas para imanes superconductores. Es un comportamiento característico

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