Descubre las características y usos de los superconductores

La superconductividad es una propiedad que muestran ciertos materiales a temperaturas muy bajas. Los materiales que tienen esta propiedad incluyen metales y sus aleaciones ( estaño , aluminio y otros), algunos semiconductores y ciertas cerámicas conocidas como cupratos que contienen átomos de cobre y oxígeno . Un superconductor conduce la electricidad sin resistencia, una propiedad única. También repele perfectamente los campos magnéticos en un fenómeno conocido como efecto Meissner, perdiendo cualquier campo magnético interno que pudiera haber tenido antes de enfriarse a una temperatura crítica. Debido a este efecto, algunos pueden flotar sin cesar sobre un fuerte campo magnético.

El estaño es un material que ha mostrado superconductividad.

Para la mayoría de los materiales superconductores, la temperatura crítica está por debajo de aproximadamente 30 K (aproximadamente -406 ° F o -243 ° C). Algunos materiales, llamados superconductores de alta temperatura, hacen la transición de fase a este estado a temperaturas críticas mucho más altas, generalmente superiores a 70 K (aproximadamente -334 ° F o -203 ° C) y, a veces, tan altas como 138 K (aproximadamente -211 ° F o -135 ° C). Estos materiales son casi siempre cerámicas de cuprato-perovskita. Muestran propiedades ligeramente diferentes a las de otros superconductores, y la forma en que hacen la transición aún no se ha explicado por completo. A veces se les llama superconductores de Tipo II para distinguirlos de los más convencionales de Tipo I.

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El aluminio ha mostrado superconductividad.

La
teoría de, superconductores convencionales de baja temperatura, sin embargo, se entiende bien. En un conductor, los electrones fluyen a través de una red iónica de átomos, liberando parte de su energía en la red y calentando el material. Este flujo se llama electricidad. Debido a que los electrones chocan continuamente contra la red, parte de su energía se pierde y la corriente eléctrica disminuye en intensidad a medida que viaja a través del conductor. Esto es lo que se entiende por resistencia eléctrica en conducción .

En un superconductor, los electrones que fluyen se unen entre sí en arreglos llamados pares de Cooper, que deben recibir una sacudida sustancial de energía para romperse. Los electrones en pares de Cooper exhiben propiedades superfluídicas, fluyendo sin cesar sin resistencia. El frío extremo significa que los átomos de sus miembros no vibran con la suficiente intensidad como para romper los pares de Cooper. En consecuencia, los pares permanecen unidos indefinidamente entre sí mientras la temperatura se mantenga por debajo del valor crítico.

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Los electrones en pares de Cooper se atraen entre sí a través del intercambio de fonones, unidades cuantificadas de vibración, dentro de la retícula vibratoria del material. Los electrones no pueden unirse directamente entre sí de la forma en que lo hacen los nucleones porque no experimentan la llamada
fuerza fuerte , el "pegamento" que mantiene unidos a los protones y neutrones en el núcleo. Además, los electrones están todos cargados negativamente y, en consecuencia, se repelen entre sí si se acercan demasiado. Cada electrónSin embargo, aumenta ligeramente la carga de la red atómica que lo rodea, creando un dominio de carga neta positiva que a su vez atrae a otros electrones. La dinámica del emparejamiento de Cooper en superconductores convencionales fue descrita matemáticamente por la teoría de superconducción BCS, desarrollada en 1957 por John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer.

A medida que los científicos siguen descubriendo nuevos materiales que se superconducen a temperaturas más altas, se están acercando al descubrimiento de un material que se integrará con nuestras redes eléctricas y diseños electrónicos sin incurrir en enormes facturas de refrigeración. Se logró un avance importante en 1986 cuando JG Bednorz y KA Müller descubrieron los que funcionan a temperaturas más altas, elevando la temperatura crítica lo suficiente como para lograr el frío necesario con nitrógeno líquido en lugar de con el costoso helio líquido.. Si los investigadores pudieran descubrir materiales adicionales que pudieran usarse de esta manera, tal vez sería económicamente factible transmitir energía eléctrica a distancias muy largas sin ninguna pérdida de energía. También existe una variedad de otras aplicaciones en aceleradores de partículas, motores, transformadores, almacenamiento de energía, filtros magnéticos, escaneo de resonancia magnética funcional y levitación magnética.

 

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