Superconductor | sustancia que conduce la electricidad sin resistencia
Un superconductor es una sustancia que conduce la electricidad sin resistencia cuando se enfría por encima de una "temperatura crítica". A esta temperatura, los electrones pueden moverse libremente por el material. Los superconductores son diferentes de los conductores ordinarios, como el cobre. Los conductores ordinarios pierden su resistencia (se vuelven más conductores) lentamente a medida que se enfrían. En cambio, los superconductores pierden su resistencia de golpe. Este es un ejemplo de transición de fase. Los campos magnéticos elevados destruyen la superconductividad y restauran el estado de conducción normal. Algunos ejemplos de superconductores son los metales mercurio y plomo, la cerámica y los nanotubos de carbono orgánicos.
Normalmente, un imán que se mueve junto a un conductor produce corrientes en el conductor por inducción electromagnética. Pero un superconductor en realidad expulsa los campos magnéticos por completo al inducir corrientes superficiales. En lugar de dejar pasar el campo magnético, el superconductor actúa como un imán que apunta en sentido contrario, lo que repele al imán real. Esto se llama efecto Meissner, y puede demostrarse haciendo levitar un superconductor sobre imanes o viceversa.
Un imán levitando sobre un superconductor de alta temperatura, enfriado con nitrógeno líquido. En la superficie del superconductor fluye una corriente eléctrica persistente. Esto excluye el campo magnético del imán (ley de inducción de Faraday). En efecto, la corriente forma un electroimán que repele al imán
Explicación
Los físicos explican la superconductividad describiendo lo que ocurre cuando las temperaturas se enfrían. La energía térmica de un sólido o un líquido agita los átomos para que vibren aleatoriamente, pero esto disminuye a medida que baja la temperatura. Los electrones llevan la misma carga eléctrica negativa, lo que hace que se repelan. A temperaturas más altas, cada electrón se comporta como si fuera una partícula libre. Sin embargo, también existe una atracción muy débil entre los electrones cuando se encuentran en un sólido o un líquido. A distancias bastante grandes (muchos cientos de nanómetros de distancia) y a bajas temperaturas (cerca del cero absoluto), el efecto de atracción y la falta de energía térmica permiten que los pares de electrones se junten. Esto se denomina par de cooper y es una cuasipartícula , es decir, actúa como si fuera un nuevo tipo de partícula por derecho propio aunque esté formada por dos electrones fundamentales. Pueden existir muchos pares de cooper superpuestos en un mismo espacio de tamaño nanométrico. Como los electrones emparejados constituyen un bosón, los movimientos de todos los pares de cooper dentro de un mismo superconductor se sincronizan y funcionan como si fueran una sola entidad. Las pequeñas perturbaciones, como la dispersión de electrones, están prohibidas en este estado y se mueve como uno solo sin mostrar resistencia a su movimiento. Se trata, por tanto, de un superconductor.
Historia de los superconductores
| 1911 | superconductividad descubierta por Heike Kamerlingh Onnes | |
| 1933 | el efecto Meissner descubierto por Walter Meissner y Robert Ochsenfeld | |
| 1957 | explicación teórica de la superconductividad propuesta por John Bardeen, Leon Cooper y John Schrieffer (teoría BCS) | |
| 1962 | la tunelización de los pares de Cooper superconductores a través de la barrera aislante prevista | |
| 1986 | Alex Müller y Georg Bednorz descubrieron un superconductor cerámico. Las cerámicas son normalmente aislantes. Un compuesto de lantano, bario, cobre y oxígeno con una temperatura crítica de 30K. Abrió las posibilidades de nuevos superconductores. | |
| 2020 | Descubierto un superconductor que funciona a temperatura ambiente |
Aplicaciones
- Dispositivo de interferencia cuántica superconductor (SQUID)
- Aceleradores de partículas
- Aceleradores de partículas pequeñas en la salud
- Trenes levitantes
- Fusión nuclear
- Escáner MRI
- Ect.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es un superconductor?
R: Un superconductor es una sustancia que conduce la electricidad sin resistencia cuando se enfría por encima de una "temperatura crítica". A esta temperatura, los electrones pueden moverse libremente por el material.
P: ¿En qué se diferencia un superconductor de un conductor ordinario?
R: Los conductores ordinarios pierden su resistencia (se vuelven más conductores) lentamente a medida que se enfrían. En cambio, los superconductores pierden su resistencia de golpe. Esto es un ejemplo de transición de fase.
P: ¿Cuáles son algunos ejemplos de superconductores?
R: Algunos ejemplos de superconductores son los metales mercurio y plomo, la cerámica y los nanotubos de carbono orgánicos.
P: ¿Cómo afecta un imán que se mueve junto a un conductor?
R: Normalmente, un imán que se mueve junto a un conductor produce corrientes en el conductor por inducción electromagnética. Pero un superconductor realmente expulsa los campos magnéticos por completo al inducir corrientes superficiales.
P: ¿Qué es el efecto Meissner?
R: El efecto Meissner se produce cuando en lugar de dejar pasar el campo magnético, el superconductor actúa como un imán que apunta en sentido contrario, lo que repele al imán real. Esto puede demostrarse haciendo levitar un superconductor sobre los imanes o viceversa.
P: ¿Un campo magnético elevado destruye o potencia la superconductividad?
R: Los campos magnéticos elevados destruyen la superconductividad y restablecen el estado de conducción normal.
