MATERIALES SUPERCONDUCTORES

Un poco de Historia... Pero...

UN POCO DE HISTORIA...

El doctor H. Kamerlingh Onnes (1856 - 1926), de la Universidad de Leiden

en Holanda, trabajó a principios del Siglo XX en la investigación de las

propiedades de la materia a bajas temperaturas. Sus esfuerzos hicieron

posible la producción de helio líquido en 1908, y posteriormente le condujeron

al descubrimiento de la superconductividad en el mercurio al ser enfriado a

-269ºC. Por estos trabajos de investigación se le concedió el Premio Nobel

de Física en 1913. Pero hasta 1957 no se pudo comprender el origen de este

fenómeno. J. Bardeen, L. Cooper y R. Schrieffer enunciaron la teoría conocida

como BCS, en la que se postulaba que en un superconductor los entes que

transportaban la corriente eran parejas de electrones conocidos como pares

de Cooper. También ellos fueron galardonados con el Premio Nobel en 1972.

El último gran hito de la superconductividad tuvo lugar en 1986 cuando J. C.

Bednorz y K. A. Müller, en unos laboratorios de IBM en Suiza, descubrieron los

materiales superconductores cerámicos. Estos materiales han revolucionado

el mundo de la superconductividad al poder trabajar a temperaturas por

encima de la de ebullición del nitrógeno líquido (-169ºC), lo que permite

enfriarlos con mucha facilidad y de forma barata. Estos dos científicos también

recibieron el premio Nobel en 1987.

Estos materiales superconductores han logrado que aumente el

interés tecnológico para desarrollar un gran número de aplicaciones.

Sin olvidar la posibilidad de que en un futuro se puedan descubrir

materiales superconductores a temperatura ambiente, la comunidad

científica está realizando un gran esfuerzo para mejorar los sistemas

de refrigeración y lograr que sea una realidad que estos materiales se

integren en nuestras vidas.

PERO ¿QUÉ ES LA SUPERCONDUCTIVIDAD?

Para entender lo que se oculta tras ese nombre debemos intentar recordar

algunos conceptos básicos. 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, como ocurre con las estufas y calentadores

eléctricos. El fenómeno descrito, conocido como efecto Joule, se debe a

que los metales presentan cierta resistencia al paso de la corriente eléctrica

por su interior, ya que cuando se mueven, chocan con los átomos

del material que están vibrando.

En un material superconductor esto no ocurre, estos materiales no ofrecen

ninguna resistencia al paso de la corriente eléctrica continua por

debajo de una cierta temperatura.

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. Esto significa que no se calientan, por lo que

no hay pérdida de energía al transportar la corriente eléctrica

debido al efecto Joule.

El descubrimiento de la superconductividad es uno de los más sorprendentes

de la historia de la ciencia moderna.

ALGUNAS APLICACIONES DE LOS SUPERCONDUCTORES.

MATERIALES SUPERCONDUCTORES. LA PRODUCCIÓN DE GRANDES CAMPOS MAGNÉTICOS.

Un ejemplo de la aplicación de estos grandes campos magnéticos son los equipos

de resonancia magnética que se utilizan en investigación y los comúnmente

utilizados en los hospitales.

Los superconductores permiten conducir la corriente eléctrica sin pérdidas,

por lo que pueden transportar densidades de corriente por encima de 2000

veces lo que transporta un cable de cobre.

Si contásemos con generadores, líneas de transmisión y transformadores

basados en superconductores, obtendríamos un gran aumento de la eficiencia,

con el consecuente beneficio medioambiental que supondría el ahorro de

combustible, así como su idoneidad para ser utilizado, junto con energías alternativas.

También podemos encontrar materiales superconductores en dispositivos electrónicos.

Entre ellos destacan los llamados SQUIDS, con los que podemos detectar campos

magnéticos inferiores a una mil millonésima parte del campo magnético terrestre.

Entre otras aplicaciones, se están desarrollando con ellos estudios geológicos, o incluso

encefalogramas sin necesidad de tocar la cabeza del enfermo.

Un material superconductor no solamente no presenta resistencia al paso de

corriente, sino que también tiene otra propiedad importante que es su

capacidad para apantallar un campo magnético.

Si enfriamos el superconductor por debajo de su temperatura crítica

y lo colocamos 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.

El hecho de que el superconductor pueda apantallar totalmente el campo

magnético de su interior se conoce como supercondutividad tipo I.

Lamentablemente el campo crítico de estos materiales es tan pequeño que no se pueden desarrollar

aplicaciones tecnológicas con ellos.

Los superconductores tipo II permiten que el campo magnético pueda penetrar

en su interior sin dejar de ser superconductores.

Este comportamiento se mantiene para campos magnéticos cuyo valor

puede ser hasta varios millones de veces el campo magnético terrestre.

Los superconductores tipo I siempre intentan expulsar el campo

magnético de su interior, los de tipo II se oponen a que éste cambie.

ASÍ FUNCIONA EL TREN DE LEVITACIÓN...

Al colocar un material superconductor a temperatura ambiente sobre una

configuración de imanes, el campo magnético penetra totalmente en el

superconductor.

Después de enfriarlo con nitrógeno líquido y alcanzar la temperatura crítica, es

decir, el estado superconductor, casi todo el campo magnético permanece dentro

del superconductor, es decir “recuerda” el campo en el que ha sido enfriado y

se opone a cualquier variación del mismo. Si en este estado tratamos de alejarlo

del imán, encontraremos una fuerza atractiva entre ambos, de manera que el

superconductor arrastrará al imán.

Si hemos colocado el superconductor a una cierta altura sobre el imán y lo

enfriamos, éste no sólo recordará el campo, sino también la altura, en la que se

mantendrá levitando mientras esté por debajo de la temperatura crítica.

Esta propiedad, la levitación, en la que se evita el rozamiento con las vías,

ya se está aplicando en Japón donde han fabricado un prototipo de tren basado

en levitación con superconductores y que ha podido alcanzar los 550 km/h.