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The Kent School Asignatura Química

Materiales Superconductor es

Profesora:

Susana Brito

Alumnos: Macarena Núñez R. Javier González de la Vega G. Gabriel Mánriquez F. Adriana Villamizar R. Fecha: 29 de octubre, 2010 Curso: IIIº Medio B

Materiales Superconductores

¿Qué son los materiales superconductores? Los metales son materiales que conducen bien el calor y la electricidad, y que cuando una corriente eléctrica circula por un hilo conductor, éste se calienta. Esto se debe a que los metales presentan cierta resistencia al paso de la corriente eléctrica por su interior. Se le denomina “Efecto Joule”. Los materiales superconductores no ofrecen ninguna resistencia al paso de la corriente eléctrica continua por debajo de una cierta temperatura. Sucede que los electrones se agrupan en parejas interaccionando con los átomos del material de manera que logran sintonizar su movimiento con el de los átomos, desplazándose sin chocar con ellos. Se denomina superconductividad a la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica con resistencia y pérdida de energía nulas en determinadas condiciones.

Propiedades Un material superconductor no solamente no presenta resistencia al paso de corriente, que es su primera propiedad, sino que también tiene la capacidad para apantallar un campo magnético: Al enfriar un superconductor por debajo de su temperatura crítica y colocarlo en presencia de un campo magnético, éste crea corrientes de apantallamiento capaces de generar un campo magnético opuesto al aplicado. Esto ocurre hasta que el campo magnético alcanza un valor, llamado campo crítico, momento en el que el superconductor deja de apantallar el campo magnético y el material transita a su estado normal. Esto es conocido como el Efecto Meissner.

Aplicar un campo magnético intenso no es la única manera de destruir la superconductividad, una vez que el material ha sido refrigerado por debajo de su temperatura crítica. El paso de una corriente intensa a través de un superconductor también puede hacer que éste pierda sus propiedades. La cantidad de corriente que un superconductor puede soportar manteniendo nula su resistencia se denomina densidad de corriente, la cual se mide en amperios por unidad de área. Otra propiedad de los superconductores es el efecto Josephson, que está basado en otro fenómeno que recibe el nombre de “efecto túnel”. En una unión formada por una delgada barrera de óxido colocada entre dos superconductores, se puede producir efecto túnel: Las caras externas de los dos superconductores se unen entre sí y se mide la corriente que pasa a través de la unión cuando la unión se expone a campos magnéticos o radiación, debido a que algunos electrones atraviesan la barrera de óxido (efecto túnel). Este efecto puede emplearse en circuitos de computadores, y para detectar campos magnéticos muy débiles.

Materiales Superconductores

Todas estas propiedades de los superconductores abren muchas puertas al desarrollo tecnológico, pues muchos dispositivos actuales pueden ser mejorados en eficiencia, sensibilidad y rapidez. De otra parte, aplicaciones antes irrealizables son ahora factibles gracias a la superconductividad.

Quién y cómo se descubrieron Ya en el siglo XIX James Dewar llevó a cabo diversos experimentos para medir la resistencia eléctrica a bajas temperaturas, con. Sin embargo, la superconductividad como tal no se descubriría hasta 1911, cuando el holandés Heike Kamerlingh Onnes observó que la resistencia eléctrica del mercurio desaparecía bruscamente al enfriarse a 4 K (-269 °C), cuando lo que se esperaba era que disminuyera gradualmente hasta el cero absoluto. Durante los primeros años el fenómeno fue conocido como supraconductividad. En 1913 se descubre que un campo magnético suficientemente grande también destruye el estado superconductor, descubriéndose tres años después la existencia de una corriente eléctrica crítica. Puesto que se trata de un fenómeno esencialmente cuántico, no se hicieron grandes avances en la comprensión de la superconductividad, ya que la comprensión y las herramientas matemáticas de que disponían los físicos de la época no eran suficientes. Por ello, la investigación era sólo fenomenológica. El descubrimiento del efecto Meissner en 1933 y su primera explicación mediante el desarrollo de la ecuación de London, dos años más tarde por parte de los hermanos London.

Usos Su uso, a pesar de algunas de sus limitaciones, es muy variado y ayudan en gran parte al desarrollo moderno: Los podemos encontrar como Generadores Elécricos, que se basan en magnetos superconductivos similares al concepto de un generador convencional (dispositivo capaz de generar una diferencia eléctrica) o en motores lineales que se basan en el uso de magnetos superconductivos, utilizados para impulsar trenes de alta velocidad. Se utilizan además para hacer circuitos digitales y filtros de radiofrecuencia y microondas para estaciones base de telefonía móvil.. En el campo de la medicina, son utilizados como analizadores de resonancia, que sirven como herramienta de diagnóstico y permite ver una imagen transversal del cuerpo del paciente, donde se aprecia incluso la textura del tejido que se revisa. Los superconductores se usan para construir uniones Josephson, que son los bloques de construcción de los SQUIDs (dispositivos superconductores de

Materiales Superconductores interferencia cuántica), los magnetómetros conocidos más sensibles. En función de la modalidad de funcionamiento, una unión Josephson se puede utilizar como detector de fotones o como mezclador.

También pueden utilizarse para la separación magnética, en donde partículas magnéticas débiles se extraen de un fondo de partículas menos o no magnéticas, como en las industrias de pigmentos.

Ventajas y desventajas Desventajas: Las aplicaciones de los materiales superconductivos están limitadas por dos motivos: 1.- La necesidad de enfriar el superconductor. 2.- Su eficiencia que en general, es inadecuada por la corriente alterna. Las aplicaciones de los materiales superconductores entran en dos categorias principales: de transmisión de energia y de magnetos 3.- En general, son considerados además metales preciosos por lo que su precio es muy elevado. A pesar de que actualmente se buscan opciones para la viabilidad de estos costos. Ventajas: 1.- Conducen la electricidad sin resistencia y sin pérdidas por calor. Ello significa un ahorro de energía. 2.- pueden transmitir hasta 100 veces la energía que transmite un sistema convencional.