Katherin Suárez Mónica Castellanos R.

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1 Katherin Suárez Mónica Castellanos R.
Superconductores Katherin Suárez Mónica Castellanos R.

2 ¿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.

3 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.

4 ¿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.

5 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

6 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.

7 Efecto Meissner El efecto Meissner, también denominado efecto Meissner-Ochsenfeld, 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 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.

8 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.

9 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.

10 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.

11 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.