Nuevos materiales superconductores
SUPERCONDUCTORES CONVENCIONALES
La superconductividad es un fenómeno por el cual un material a una baja temperatura no ofrece resistencia al paso de la corriente eléctrica. ¿Puede ser este tipo de materiales la solución a las guerras de reducir el peso de los componentes y la aumentar la velocidad operativa de los mismos?
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| Imagen de Kamerlingh Onnes. Biografías |
Kamerlingh Onnes
Kamerlingh Onnes es un científico que consiguió licuar el helio y al no poder solidificarlo como se propuso. Entonces cambió su investigación intentando responder a esta pregunta: ¿Cómo circularía la corriente eléctrica en un material con una temperatura muy baja?
En ese momento se habían realizado investigaciones experimentales que creían que la corriente eléctrica en un material muy frío podía:
-Hacer que los electrones perdiesen su movimiento quedándose pegados a los átomos.
-Hacer que los electrones pudiesen circular sin que el material ofrezca resistencia.
Kamerlingh Onnes decidió comprobar que pasaría en un anillo de mercurio que se solidificó a -39ºC, bajando más su temperatura con el helio liquido; a través de la inducción electromagnética de una bobina se indujo una corriente eléctrica en el anillo; cuando llegó a 4.18 K se anuló el valor de la resistencia eléctrica repentinamente, manteniéndose infinitamente en el tiempo.
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| Esquema de lo que se creía que iba ha pasar. |
Proceso de licuación
Para conseguir que los materiales superconductores se mantengan a bajas temperaturas los mezclan con gases licuados. El proceso de licuación de los gases es cambiar de estado gaseoso, en el que se encuentra inicialmente, a estado líquido mediante el aumento de presión y de la disminución de la temperatura.
También se descubrió que cada gas a partir de una temperatura no se puede bajar más su temperatura aumentando la presión.
Efecto Meissner-Ochsenfeld
El efecto Meissner-Ochsenfeld postula que un material superconductor cuando le afecta un pequeño campo magnético el material lo anula. Un material superconductor contiene el efecto Meissner-Ochsenfeld y no presenta resistencia a la corriente eléctrica.
¿Qué pasaría si el material superconductor es sometido a un campo magnético potente? El material superconductor perdería su estado superconductor.
La fuerza máxima de un campo magnético que un material puede soportar sin perder la superconductividad se llama campo crítico.
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| Dibujo explicativo del efecto Meissner -Ochsenfeld de 100cia.site |
Corriente de apantallamiento
Para conseguir expulsar el campo magnético se crea una corriente de apantallamiento generada por la corriente eléctrica que crea un campo magnético de sentido contrario al inducido.
Levitación
La fuerza de repulsión que tienen los superconductores hacia los campos magnéticos hace que quede en suspensión si esta cerca de un imán de débil potencia.
De la siguiente forma: el imán crea un campo magnético; cuando el superconductor está dentro de este campo magnético entra en juego el efecto Meissner-Ochsefeld haciendo actuar la fuerza de repulsión, quedando el superconductor estático.
De la siguiente forma: el imán crea un campo magnético; cuando el superconductor está dentro de este campo magnético entra en juego el efecto Meissner-Ochsefeld haciendo actuar la fuerza de repulsión, quedando el superconductor estático.
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| Levitación de un superconductor sobre un imán. César Themundo |
La intensidad de corriente eléctrica critica
La cantidad de amperios que puede circular es limitada. Si esta es muy grande elimina el estado superconductor del material sin importar que no varíe la temperatura.
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| Imagen en la que aparecen John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer. |
Características de superconductores
Este tipo de superconductores mantienen siempre el efecto Meissner-Ochsenfeld; cuando se somete a un campo magnético débil penetra en la superficie, la corriente de apantallamiento que evita que le afecte el campo magnético; tienen la capacidad de levitar sin anclarse dentro de un campo magnético; no permite el paso de grandes cantidades de corriente eléctrica; la temperatura necesaria para mantener la superconductividad es cercana al cero absoluto.Teoría BCS
El funcionamiento de los superconductores convencionales, a nivel microscópico, fue descubierto por John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer en la teoría BCS (llamada así por la unión de sus iniciales) apoyándose en los pares de Cooper.
Los electrones de un material metálico, cuando se encuentra a una baja temperatura, actúan en la red cristalina del material haciendo que los electrones se enlacen entre sí, superando la fuerza de repulsión que tienen entre ellos, moviéndose a gran velocidad a través de la red cristalina.
Los electrones de un material metálico, cuando se encuentra a una baja temperatura, actúan en la red cristalina del material haciendo que los electrones se enlacen entre sí, superando la fuerza de repulsión que tienen entre ellos, moviéndose a gran velocidad a través de la red cristalina.
Aplicaciones
Las posibles usos con los que se han intentado utilizar superconductores convencionales:
La posibilidad de que se pueda utilizar para la fabricación de cables, es nula porque el coste para mantener el superconductor, en las condiciones adecuadas, es mayor al coste para fabricarlos. ya que se necesita conservarlo a temperaturas muy bajas y a alta presión.
También existieron diferentes investigaciones que intentaron crear campos magnéticos colocando un cable superconductor en espiral, pero al ser atravesado por una pequeña densidad de corriente solo se consiguen imanes débiles.
Como hemos visto no son útiles para los posibles usos por eso se han estado utilizando en laboratorios
Conclusión
A partir de las características de los superconductores convencionales podemos afirmar que no pueden ser utilizados para reducir el peso de los componentes, ni para acelerar la velocidad operativa porque no es viable mantener el superconductor a una temperatura tan baja.
Pero los superconductores no convencionales mantienen la superconductividad a una temperatura mucho más alta siendo una posibilidad para conseguir componentes más rápidos y reduciendo su peso.
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