Superconductores

PRESENTACION

En el presente trabajo monográfico “SUPERCONDUCTORES”, en colaboración con todos mis compañeros del grupo 04, hemos precisado este tema de manera didáctico gracias a varias fuentes investigadas por cada uno de los miembros del grupo.

Esperemos que toda esta información sea de gran ayuda para nuestra formación universitaria.

INTRODUCCION

- 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.

- La superconductividad ocurre en una gran variedad de materiales, incluyendo elementos simples como el estaño y el aluminio, diversas aleaciones metálicas y algunos semiconductores fuertemente dopados. La superconductividad no ocurre en metales nobles como el oro y la plata, ni en la mayoría de los metales ferromagnéticos.

I. HISTORIA

1911:El físico holandés HeikeKamerlinghOnnesdescubre la superconductividad.Estaba trabajando con bajas temperaturas y fue el primero en conseguir helio liquido.Al parecer observó que el mercurio transmitía la electricidad sin pérdidas por debajo de 4.2 K (-269 °C).

1933:Walter Meissnery Robert Ochsenfeld descubrieron que un material superconductor repele un campo magnético en su estado superconductor “Efecto Meissner”.

Durante las primeras décadas de este siglo se llegó a pensar que la superconductividad quedaría sujeta sin remedio a muy bajas temperaturas. Empero, a principio de los setenta se obtuvo un material superconductor (una aleación de niobio 3-germanio) a una temperatura crítica de 23 grados Kelvin. La temperatura crítica, es aquella a la que un material se hace superconductor.

En 1986, el físico Karl Alex Müller, del laboratorio de IBM en Zurich, observó que un óxido cerámico, compuesto de bario, lantano y cobre tenía una temperatura crítica de 30 grados Kelvin. Estaba en marcha la carrera por obtener superconductores de altas temperaturas.

En 1987, el grupo del doctor Chu, en Estados Unidos, descubrió un material de itrio-bario-cobre-oxígeno que es superconductor a 93 grados Kelvin (menos 180 grados centígrados). Un gran paso, pues ya se podía prescindir del helio líquido, que es muy caro, para enfriar el materia. La temperatura crítica había superado los 77 grados Kelvin (menos 196 grados Celsius), punto de licuefacción del nitrógeno, que es muy abundante.

A principio de los ochenta el químico francés Bernard Raveousintetizó un compuesto de bismuto-estroncio-cobre-oxígeno. Posteriormente, otros investigadores notaron que al aumentar los planos de cobre-oxígeno de este compuesto aumentaba la temperatura crítica.

II. ¿QUE ES SUPERCONDUCTIVIDAD?

La superconductividad es un fenómeno que se presenta en algunos materiales los cuales, si se los somete a determinadas condiciones de temperatura,campo magnético y corriente eléctrica (más precisamente el fenómeno se da con valores de temperatura, campo y corriente inferiores a valores críticos que dependen unos de otros), ofrecen tres grandes ventajas sobre los conductores normales:

- No presentan resistencia al paso de la corriente eléctrica, por lo tanto, conducen la electricidad sin pérdidas de energía. Una vez iniciada la corriente, dura indefinidamente dentro del superconductor.

- Por la misma razón, no generan calor, por lo cual se podrían empaquetar un mayor número de componentes electrónicos. Con un conductor común, el calor generado por efecto Joule impone un límite al número de componentes electrónicos que pueden ser empaquetados juntos.

- Tienen capacidad de crear campos magnéticos intensos, generados por imanes superconductores relativamente pequeños.

III. CLASIFICACIÓN

Los superconductores se suelen clasificar atendiendo a distintos criterios, que pueden estar relacionados con su comportamiento físico, la comprensión que tenemos de ellos, dependiendo del coste económico para utilizarlos o el material de que están hechos.

III.1Por su comportamiento físico:

 Superconductores de tipo I:son los que tienen un único campo magnético crítico Hc, y pasan bruscamente del estado superconductor al normal.

 Superconductores de tipo II: son aquellos en los que se pueden considerar dos campos magnéticos críticos, Hc1 y Hc2, estando plenamente en el estado superconductor para un campo magnético externo por debajo de Hc1 y en el estado normal por encima de Hc2, hallándose en un estado mixto cuando el campo magnético se halla entre ambos.

III.2.Por la teoría que los explica:

La importancia de este criterio de clasificación se basa en que tenemos una teoría, la teoría BCS, que explica con éxito las propiedades de los superconductores convencionales desde 1957, mientras que no hay aún una teoría satisfactoria para los superconductores no convencionales. Para estudiar los superconductores no convencionales se suele emplear la teoría Ginzburg-Landau, que sin embargo es una teoría macroscópica (es decir, no explica las propiedades a partir de primeros principios como sí hace la teoría BCS, que es una teoría microscópica). El estudio riguroso de los superconductores no convencionales es un problema no resuelto en física.

En la mayoría de los casos, los superconductores de tipo I son a su vez convencionales, pero hay algunas excepciones, como por ejemplo el niobio o eldiboruro de magnesio, que son a la vez convencionales y de tipo II.

III.3.Por su temperatura crítica:

 Superconductores de baja temperatura: suelen llamarse así a aquellos cuya temperatura crítica está por debajo de los 77K.

 Superconductores de alta temperatura: suelen llamarse así a aquellos cuya temperatura crítica está por encima de los 77K.

La razón por la que se suele tomar dicha temperatura está en la facilidad con la que podemos enfriar el material (marcando una diferencia en el precio de los experimentos dedicados a su estudio), ya que por encima de 77K podemos utilizar métodos de enfriado de bajo coste, como el nitrógeno líquido, en lugar de otros como el helio líquido.

Por otra parte los superconductores de alta temperatura son mucho más interesantes desde el punto de vista de

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