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Superconductividad

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carola romero

on 29 July 2015

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Transcript of Superconductividad

Valentina Abello
Carola Romero
Daniela Sánchez

Superconductividad
¿Qué es la conductividad?
¿Qué es un conductor?
Superconductividad
Conductividad es la propiedad de aquello que es conductivo, es decir, que tiene la facultad de conducir. Se trata de una propiedad física que disponen aquellos objetos capaces de transmitir la electricidad o el calor.
En los líquidos, la conductividad está vinculada a la existencia de sales en etapa de solución ya que, con su disociación, se producen iones negativos y positivos que pueden trasladar la energía eléctrica cuando el líquido es sometido a un campo eléctrico. Dichos conductores iónicos reciben el nombre de electrolitos. En el caso de los sólidos, los materiales con capacidad de conductividad son los que tienen bandas de valencia que se superponen con la conducción y crean una nube de electrones libres que generan la corriente al estar sometidos al campo eléctrico.

Los conductores tienen facilidad para permitir el movimiento de cargas y sus átomos se caracterizan por tener muchos electrones libres y aceptarlos o cederlos con facilidad, por lo tanto, son materiales que conducen la electricidad, a diferencia de los aisladores. En general los metales son conductores de la electricidad.
Los aisladores son materiales que presentan cierta dificultad al paso de la electricidad y al movimiento de cargas. Tienen mayor dificultad para ceder o aceptar electrones. En una u otra medida todo material conduce la electricidad, pero los aisladores lo hacen con mucha mayor dificultad que los elementos conductores. Algunos ejemplos, son madera y plásticos.

La superconductividad es una propiedad que tienen algunos materiales principalmente algunos metales para permitir la circulación de electricidad con una resistencia casi nula bajo determinados escenarios. El más común de estos escenarios es el sometimiento del material a una temperatura cercana al cero absoluto1. Esto representa un reto pues se requiere de mucha energía para mantener cualquier sustancia a tan baja temperatura (Shi, 1995).
Esta propiedad fue descubierta en 1911, por el físico Heike Kamerlingh Onnes mientras realizaba experimentos con mercurio a bajas temperaturas. Se esperaba que a medida que la temperatura bajara, la resistencia fuera bajando de la misma forma. Sin embargo, se observó que debajo de una cierta temperatura la resistencia del mercurio caía repentinamente a cero.
Estudios hechos a mediados del siglo XX consolidaron una teoría que explicaba completamente  los  efectos de la superconductividad. Para la década de los ochentas, esta propiedad se había encontrado no solo en metales sino también en aleaciones e incluso en óxidos. Sin embargo, seguía presente una pregunta: se puede tener un material superconductor a temperaturas no tan excesivamente bajas? (Blundell, 2011)
Las investigaciones y experimentos de los físicos Bednorz y Müller culminaron en el descubrimiento de los llamados superconductores de alta temperatura. Ellos consiguieron obtener la propiedad de la resistencia nula en compuestos óxidos a 30 K (-243.15 °C), temperaturas mu-cho más altas que las que se habían trabajado anteriormente. En 1993, utilizando el compuesto YBCO2 bajo altas presiones, se logró subir la temperatura crítica a 150 K (-123.15 °C)  (Blundell, 2011).


A muy bajas temperaturas algunos materiales tales como el plomo y el aluminio cambian radicalmente sus propiedades eléctricas y magnéticas. No poseen resistencia eléctrica, por lo que el superconductor es un conductor perfecto y la conducción de los electrones se realiza sin pérdidas de energía. Los superconductores además expulsan el campo magnético, lo que da lugar a fenómenos de levitación muy espectaculares.
La superconductividad ocurre en metales, aleaciones, compuestos intermetálicos y semiconductores.

Existen dos tipos de superconductores.
Los superconductores de tipo I son superconductores que en presencia de un campo magnético establecen corrientes superficiales que impiden que dicho campo penetre en el material; este fenómeno se conoce como efecto Meissner.
Fueron los primeros superconductores en ser descubiertos, y su comportamiento está ampliamente explicado dentro del marco de la teoría BCS, propuesta en 1957
Los superconductores de tipo II son aquellos materiales que en lugar de pasar bruscamente del estado superconductor al estado normal (como sí hacen los de tipo I), van gradualmente de uno a otro.
El primer superconductor de este tipo fue descubierto en 1930 por Wander Johannes de Haas y J. Voogd, aunque no se pudo reconocer como tal hasta el descubrimiento del efecto Meissner.
¿Qué es el efecto Meisnner?
Este efecto fue descubierto en 1933 por Walter Meissner y Robert Ochsenfeld.

El efecto Meissner es una de las propiedades que define la superconductividad y su descubrimiento ayudó a deducir que la aparición de la superconductividad es una transición de fase a un estado diferente.

Este efecto ocurre cuando enfriamos el superconductor bajo su temperatura crítica por un suelo de un campo magnético, el campo rodea el superconductor, pero no penetra en él.

¿Qué es el efecto Josephson?
Está basado en un fenómeno conocido como «Efecto túnel»
Se produce en la unión de una delgada barrera de oxido puesta entre dos superconductores.

Este efecto puede emplearse en circuitos de computadores y para detectar campos magnéticos muy débiles.

Este efecto puede producirse a temperaturas muy superiores a las temperaturas críticas del material superconductor

En todos los superconductores la entropía decrece marcadamente al enfriarse por debajo de la temperatura crítica Tc. El decremento en entropía entre el estado normal y el estado superconductor nos dice que el segundo es un sistema más ordenado que el primero, dado que la entropía es una medida del desorden de los sistemas. Todos o algunos de los electrones térmicamente excitados en el sistema normal están ordenados en el estado superconductor.

Debido a que los superconductores pueden conducir una corriente eléctrica casi sin resistencia, el panorama de las aplicaciones se abre en todos los campos, como lo son la industria, las comunicaciones, las ciencias de la salud y la energía.
Ya que un superconductor conduce sin resistencia, este no se calienta aun cuando la magnitud de la corriente es grande. Entonces, es posible fabricar un electroimán de mayor potencia permitiendo que el material no se derrita en el proceso. Este tipo de electroimanes hicieron posible la fabricación de las máquinas que toman resonancias magnéticas nucleares, las cuales permiten a los médicos detectar cualquier tipo de anormalidad, v.g. tumores, masas, trombos o acumulaciones de líquidos. Estos lo realizan de una manera eficiente con imágenes claras o modelos en tercera dimensión (Blundell,2011).
Otras aplicaciones en el área de la medicina incluyen la medición, con gran exactitud, de los campos magnéticos presentes en el corazón y en el cerebro utilizando cables hechos de materiales superconductores (Blundell, 2011).
Asimismo, los superconductores han hecho posible la eficiencia de las antenas de radio y de telefonía celular. Los superconductores se utilizan para asegurar que la mayor parte de la corriente que se necesita para transmitir una seal largas distancias se mantenga, y se transfiera sin dificultades a lo largo de las antenas.
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