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Superconductores
Katherin Suárez
Mónica Castellanos R.
¿Qué es la
superconductividad?
Se denomina superconductividad a la capacidad
intrínseca que poseen ciertos materiales para
conducir corriente eléctrica con resistencia y
pérdida de energía cercanas a cero en
determinadas condiciones.
La superconductividad es una fase de ciertos
materiales que se da normalmente a bajas
temperaturas. No obstante no es suficiente con
enfriar, también es necesario no exceder una
corriente crítica ni un campo magnético crítico
para mantener el estado superconductor.
Esta teoría de la superconductividad se conoce
actualmente como teoría BCS, por las iniciales de
los apellidos de los tres científicos que la inventaron
(Bardeen, Cooper y Schrieffer), y ha conducido al
desarrollo de los superconductores que pueden
operar a altas temperaturas y que se pueden
emplear para fabricar electroimanes que utilizan
poca energía. Estos imanes tienen muchos usos
posibles, entre los que se incluyen aplicaciones en
la mecánica cuántica, en biología y en la
generación de electricidad.
¿Cuándo y por quién fue
descubierta?
Esta propiedad fue descubierta en 1911 por el físico
holandés Heike Kamerlingh Onnes, cuando observó
que la resistencia eléctrica del mercurio
desaparecía cuando se lo enfriaba a 4 Kelvin (-269
°C).
Efecto Meissner.
Comportamiento
magnético
Aunque la propiedad más sobresaliente de los
superconductores es la ausencia de resistencia, lo
cierto es que no podemos decir que se trate de un
material de conductividad infinita, ya
que este tipo de material
por sí sólo no tiene sentido
termodinámico. En realidad
un material superconductor
es un diamagnético perfecto. Esto hace que no
permita que penetre el campo, lo que se conoce
como efecto Meissner
Diamagnetismo
El diamagnetismo es una propiedad de los materiales que
consiste en repeler los campos magnéticos tanto el polo
norte como el sur. El fenómeno del diamagnetismo fue
descubierto y nominado por primera vez en Septiembre de
1845 por Michael Faraday cuando vio un trozo de bismuto
que era repelido por un polo cualquiera de un imán; lo
que indica que el campo externo del imán induce un
dipolo magnético en el bismuto de sentido opuesto.
Generalmente, el diamagnetismo se justifica por la
circulación de los electrones en los orbitales doblemente
ocupados. Como en un cable de un material conductor,
la circulación de los electrones se produce en el sentido
en el que el campo magnético que generan se opone al
campo aplicado, generando una repulsión (ley de Lenz).
Por este mismo mecanismo, los superconductores
presentan un diamagnetismo extraordinariamente alto.
Efecto Meissner
El efecto Meissner, también denominado efecto MeissnerOchsenfeld, consiste en la desaparición total de campo
magnético en el interior de un material superconductor por
debajo de su temperatura crítica.
Fue descubierto por Walter Meissner y Robert Ochsenfeld en
1933. Un material superconductor se convierte en un material
diamagnético perfecto, de modo que el campo magnético
en su interior se anula completamente. Dado que el campo
magnético es solenoidal, es decir, todas las líneas de campo
son cerradas, el campo magnético se curva hacia el exterior
del material.
La expulsión del campo magnético del material
superconductor posibilita la formación de efectos curiosos,
como la levitación de un imán sobre un material
superconductor a baja temperatura.
Hay dos tipos de
superconductores …
 Los de Tipo I no permiten en absoluto que penetre
un campo magnético externo. Esto conlleva un
esfuerzo energético alto, con lo que la mayoría
de materiales reales se transforman en el segundo
tipo.
 Los de tipo II son superconductores imperfectos,
en el sentido en que el campo realmente penetra
a través de pequeñas canalizaciones
denominadas vórtices de Abrikosov, o fluxones.
Estos dos tipos de superconductores son de
hecho dos fases diferentes que fueron predichas
por Lev Davidovich Landau y Aleksey
Alekséyevich Abrikósov.
Comportamiento eléctrico
La aparición del superdiamagnetismo es debida a la
capacidad del material de crear supercorrientes. Éstas
son corrientes de electrones que no disipan energía, de
manera que se pueden mantener eternamente sin
obedecer el Efecto Joule de pérdida de energía por
generación de calor. Las corrientes crean el intenso
campo magnético necesario para sustentar el efecto
Meissner. Estas mismas corrientes permiten transmitir
energía sin gasto energético, lo que representa el efecto
más espectacular de este tipo de materiales. Debido a
que la cantidad de electrones superconductores es finita,
la cantidad de corriente que puede soportar el material
es limitada. Por tanto, existe una corriente crítica a partir
de la cual el material deja de ser superconductor y
comienza a disipar energía.
En los superconductores de tipo II, la aparición de fluxones
provoca que, incluso para corrientes inferiores a la crítica,
se detecte una cierta disipación de energía debida al
choque de los vórtices con los átomos de la red.
Naturaleza, tipos y
propiedades
Aunque la superconductividad es una propiedad
eléctrica, sus mayores aplicaciones han sido en el
campo de las fuerzas magnéticas. Un material
superconductor es aquel que no opone resistencia
al flujo de electricidad cuando se encuentra por
debajo de su temperatura crítica
(aproximadamente –273 ºC) y no se excede su
densidad crítica de corriente ni su campo
magnético crítico.
La superconductividad desaparecerá si se excede
la temperatura crítica o si se aplica un campo
magnético crítico o una densidad crítica de
corriente.
Obtención de los
superconductores.
bio-Estaño (Nb-Sn), Niobio-Titanio (Nb-Ti) y
Niobio-Zirconio (Nb-Zr). Estos compuestos
presentan distintas corrientes críticas t
campo crítico, siendo su ductilidad también
diferente. El producto se manufactura en la
forma de una lámina compuestos de
filamentos múltiples. Estos alambres por lo
general contienen cobre para estabilizar y
proteger el sistema. Si se pasa del estado de
superconducción al estado normal, el cobre
puede acarrear la corriente por poco tiempo
mientras se logra estabilizar la condición de
superconductividad o se apaga el sistema.