UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADASESPE - L

TEMA: Superconductividad.NOMBRE: William Chica iza.NIVEL: Tercero Electrnica AFECHA: 06/01/2014.

I. DESARROLLO

Superconductores.Se trata de los metales que, bien sabemos, son buenos conductores de la electricidad; pero aun en el mejor de los casos presenta cierta resistencia, que evidenciamos, por ejemplo, por el envejecimiento de las parrillas de los fogones.

En 1911, el fsico holands H. Kamerling Ones descubri que cuando el mercurio se enfra por debajo de 42 K se anula su resistencia al flujo de la corriente elctrica, lo que dio lugar a que se investigara ms ampliamente sobre el tema, es decir, sobre la superconductividad.

Pronto se supo que, cerca del cero absoluto, todos los metales se vuelven superconductores, pero este conocimiento, aunque importante de por s, poco sirvi para aplicaciones tecnolgicas, dado el alto costo que supone mantener temperaturas tan extremadamente bajas. La bsqueda se dirigi, desde luego, hacia materiales que exhibieran superconductividad pero a temperaturas ms altas, ojal cercanas a la temperatura ambiente (Unos 290 K).

Tras el descubrimiento de la superconductividad, durante los siguientes 20 aos se hicieron pocos progresos para entender el comportamiento de los superconductores, descubrindose tan slo algunas nuevas sustancias que experimentaban este efecto. Ms de 20 elementos metlicos y cientos de aleaciones pueden ser superconductores bajo las condiciones apropiadas. En 1973 la temperatura ms alta a la que se haba observado la superconductividad corresponda a la de un compuesto de Niobio y Germanio de composicin Nb3Ge (Tc = 23.3K).

En 1986, los fsicos J. G. Bendnorz y K. A. Muller, que trabajaban en Zurich, Suiza, descubrieron que un material cermico, especficamente un xido de lantano, bario y cobre La2.xBaxCuO4 exhiba superconductividad a 35 K, lo que representaba un notable avance con respecto a los metales. De aqu que se le otorgara el Premio Nobel de Fsica en 1987.

Este descubrimiento abri una nueva puerta a la comunidad cientfica, que se enfoc, entonces, en los materiales cermicos. La idea que pronto surgi fue la de que era posible aumentar la temperatura crtica de este material superconductor si se sustitua con diferentes metales, que generalmente pertenecen al bloque f. Empleando esta tcnica, Chu y sus colaboradores consiguieron romper la barrera de la temperatura del nitrgeno lquido con el superconductor conocido como 1-2-3. U xido mixto de Ytrio, bario y cobre, En este superconductor se ha sustituido el lantano por el Ytrio y tiene la composicin YBa2Cu3O7- en el cual x puede ser 6 7. Este material cermico conocido comnmente como YBCO, se vuelve superconductor a 93 K, temperatura aparentemente baja todava, pero que adquiere importancia si consideramos que es superior al punto de ebullicin del nitrgeno (77 K). Por consiguiente el YBCO permite usar como refrigerante el nitrgeno lquido, que es extraordinariamente barato en los pases industrializados.

Muchos otros materiales han sido sintetizados desde entonces y las temperaturas requeridas para la superconductividad han alcanzado el nivel de 125 K. Y la bsqueda contina.

Actualmente, el superconductor de ms alta temperatura descrito (1993) consiste en un xido mixto de HgBa2Ca2Cu3O10 cuya temperatura crtica es de 134 K.

Aplicaciones.Las posibilidades son muchas. En primer lugar, al eliminarse la resistencia al flujo de la corriente elctrica, el ahorro de energa es altamente significativo, no slo en los cables de conduccin, sino en generadores, motores y muchos otros dispositivos; los chips de los computadores podran hacerse ms pequeos y ms rpidos, tanto as que se habla de supercomputadores. De otro lado, los superconductores exhiben un comportamiento adicional, conocido como efecto de Meissner, que consiste en que dichos materiales generan campos magnticos que se oponen a los que producen los imanes colocados en sus proximidades. En trminos sencillos, un imn puesto sobre un superconductor es repelido, de tal manera que levita por encima de l sin que haya contacto fsico alguno. Esto ha dado origen a diversas aplicaciones que se hayan en experimentacin, a saber, trenes levitados magnticamente, mejoras en los aceleradores de partculas y nuevas tcnicas de diagnosis en medicina, entre otras.

Fase de transicin superconductiva.Un material vuelve superconductor cuando su temperatura es menor a une temperatura crtica Tc, que vara segn el material.Figura 1: Resistividad y Temperatura.

De la misma manera, si demasiado corriente atraviesa el superconductor, el material volver al estado normal aunque est bajo de su temperatura crtica. El corriente crtico Ic es funcin de la temperatura: ms el superconductor es fro, ms podr conducir grandes corrientes.

Una corriente elctrica atravesando un cable crea un campo magntico alrededor de ese. La fuerza del campo magntico aumenta a medida que el corriente en el cable aumenta. Como los superconductores pueden conducir fuertes corrientes sin prdida de energa, son muy adaptados para crear fuertes campos magnticos. Pero si el campo magntico H aumenta hasta un valor dado, el superconductor vuelve a su estado normal de conductividad. Este valor se llama el campo magntico Hc. Para cada superconductor, existe una zona de temperatura y de campo magntico para el cual el material es superconductor. El prximo esquema muestra la relacin entre la temperatura y el campo magntico.

Clasificacin.A continuacin sern enunciados algunos criterios de clasificacin de los superconductores, que lejos de ser los nicos patrones de ordenamiento, permiten fijar y sintetizar los conceptos desarrollados en este trabajo.

Segnsuspropiedadesfsicas.Como fue enunciado en el inciso 2.3, es posible diferenciar a los superconductores por el comportamiento ante la presencia de un campo magntico exterior. En los superconductores Tipo I, cuando el campo magntico externo supera el valor crtico, el estado de diamagnetismo se pierde abruptamente; no obstante, en los superconductores Tipo II, se genera un estado mixto en el cual el campo magntico no es completamente repelido, generando vrtices magnticos.

Segn la teora que lo explica.

En el inciso 3, fue desarrollada la teora BCS la cual explica el fenmeno de la superconductividad con bastante aproximacin a los resultados obtenidos.Esta teora da origen a una nueva forma de clasificacin de los superconductores, denominndose convencionales a aquellos que son explicados por esta teora; mientras que los que responden a cualquier otra teora, se denominan no convencionales.

Segn el valor de la temperatura crtica.Desde comienzo del siglo XX se empez a experimentar con materiales con temperaturas cercanas al cero absoluto (0K), encontrando las propiedades superconductivas expresadas el segundo inciso de este trabajo. Sin embargo, el costo que ocasiona licuar determinados gases como el Helio, provoc que las distintas implementaciones y aplicaciones de los superconductores se demoren hasta finales del siglo pasado. Sin embargo, en la dcada de los 80, un grupo de cientficos experimentaron con cermicos, compuestos del Tipo II que alcanzan la fase superconductiva con temperaturas por encima de los 77K. Este valor coincide con la temperatura de ebullicin del nitrgeno a presin atmosfrica. Este descubrimiento es comercialmente importante porque el nitrgeno lquido puede ser producido ms barato del aire, y no es propenso a algunos problemas (por ejemplo conexiones slidas del aire) de helio en caeras. Por lo tanto, un semiconductor es considerado como superconductor de alta temperatura (HTSC, High Temperature Superconductors) si su temperatura crtica supera la temperatura de ebullicin del Nitrgeno (77K); de otro modo, ser considerado como superconductor de baja temperatura. A continuacin, a modo de ejemplo, se presentan tres tablas. La primera y la segunda, corresponden a superconductores de baja temperatura con sus respectivos valores crticos (una corresponde a materiales del Tipo I y la otra a materiales del Tipo II); mientras que la tercera contiene compuestos de alta temperatura.

II. CONCLUSIONES

Son buenos conductores de la electricidad; pero aun en el mejor de los casos presenta cierta resistencia, que evidenciamos, por ejemplo, por el envejecimiento de las parrillas de los fogones. Al eliminarse la resistencia al flujo de la corriente elctrica, el ahorro de energa es altamente significativo, no slo en los cables de conduccin, sino en generadores, motores y muchos otros dispositivos; los chips de los computadores podran hacerse ms pequeos y ms rpidos, tanto as que se habla de supercomputadores.III. BIBLIOGRAFIA Introduccin fsica del estado, slido Charles Kittel Introduccin a la electrnica cuntica, Paul Hlawiczka Fsica Cuntica, Robert Eisberg y Robert Resnick