Materiales superconductores
- 1. LOS MATERIALES SUPERCONDUCTORES 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 efecto melssner 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.
- 2. Algunas aplicaciones de los superconductores . 1.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. 2.Conducir corriente eléctrica sin pérdidas. 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. 3.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. Como funciona el tren de levitación
- 3. La levitación magnética es una de las aplicaciones más conocida y fascinante de los materiales superconductores. 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.
- 4. Fabricación de superconductores para aplicaciones eléctrica En el ICMA se está trabajando en el desarrollo de materiales superconductores para aplicaciones eléctricas y en la comprensión de sus propiedades. Se han fabricado barras y láminas gruesas de materiales superconductores de alta temperatura con técnicas de fusión inducida con láser. Con estos materiales se están desarrollando varias aplicaciones como son las barras de alimentación o los limitadores de corriente. También se fabrican hilos y cintas de materiales superconductores como el MgB2 En este caso se estudian aquellas . configuraciones de cables que mejoran la estabilidad técnica de los mismos. Y para comprender el comportamiento de estos materiales se realizan simulaciones que utilizan modelos matemáticos muy específicos, como los métodos de elementos finitos. En el ICMA también se ha desarrollado un patrón de voltaje basado en estos materiales. Una unión débil entre dos superconductores irradiada con microondas nos proporcionan un voltaje tan preciso que su valor solo depende de constantes fundamentales: la carga del electrón y la constante de Plank. Un sistema similar a este es el actual patrón nacional de voltaje. También se han desarrollado otros dispositivos metrológico basados en superconductores, como el comparador criogénico de corriente, capaz de detectar una diferencia entre dos corrientes inferior a una parte en 1000.0000.000.