Superconductividad_86

Superconductividad

La superconductividad, estado caracterizado por la ausencia de resistencia eléctrica, presenta innumerables aplicaciones como los trenes maglev, las supercomputadoras…

Conductividad

La resonancia magnética es una de las aplicaciones de la superconductividad con más futuro a corto plazo en la medicina actual...

La resonancia magnética es una de las aplicaciones de la superconductividad con más futuro a corto plazo en la medicina actual…

Los materiales metálicos se caracterizan por presentar una resistencia casi nula al paso de la corriente eléctrica, es decir, al paso de electrones de conducción a través de sus orbitales. Esta característica hace que sean utilizados en las aplicaciones en las que el transporte de electricidad es necesario, como es el caso de los cables conductores, de ahí que sean mayormente de cobre o aluminio, o en los conectores, algunos de ellos bañados en oro, por ser éste un muy buen conductor.

La resistencia que presentan los materiales al paso de la corriente eléctrica, muy pequeña en el caso de los metales, se transforma en calor, denominado Efecto Joule, por el choque de los electrones entre sí o con los átomos que componen la red cristalina en la que se encuentran, como consecuencia de la oscilación térmica. Por ello, para transportar la corriente a largas distancias a través de los tendidos eléctricos, se transforma ésta a altas tensiones, reduciendo la intensidad y así la temperatura que alcanzan los cables y con ello evitando que se derritan.

Superconductividad

La superconductividad es la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica con resistencia y pérdida de energía cercanas a cero en ciertas condiciones, siendo una de éstas, el encontrarse a muy bajas temperaturas, cercanas al cero absoluto (-273ºC). Esta propiedad fue descubierta en 1911 por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes, cuando observó que la resistencia eléctrica del mercurio desaparecía cuando se lo enfriaba a 4º Kelvin (-269 °C).

La aparición del superdiamagnetismo es debida a la capacidad del material de crear supercorrientes. Éstas son corrientes de electrones que no disipan energía, de manera que se pueden mantener eternamente sin obedecer el Efecto Joule de pérdida de energía por generación de calor. Las corrientes crean el intenso campo magnético necesario para sustentar el efecto Meissner. Estas mismas corrientes permiten transmitir energía sin gasto energético, lo que representa el efecto más espectacular de este tipo de materiales. Debido a que la cantidad de electrones superconductores es finita, la cantidad de corriente que puede soportar el material es limitada. Por tanto, existe una corriente crítica a partir de la cual el material deja de ser superconductor y comienza a disipar energía.

La levitación de metales pesados por superconductividad a bajísimas temperaturas (-270ºC) ya se ha realizado experimentalmente en laboratorio...

La levitación de metales pesados por superconductividad a bajísimas temperaturas (-270ºC) ya se ha realizado en laboratorio…

Levitación Magnética

Otra de de las características que define a un supercondutor es que el campo magnético inducido por un campo magnético externo débil es cero en su interior cuando éste es enfriado por debajo de su temperatura de transición superconductora. Este efecto es llamado Meissner-Ochsenfel y es el que permite que los imanes leviten sobre un superconductor (diamagnético perfecto).

En la levitación magnética se utiliza nitrógeno líquido en ebullición, que mantiene al superconductor en un estado de resistencia nula, al aproximar su temperatura al cero absoluto. Cuando el imán desciende hacia el superconductor, induce una corriente eléctrica, que a su vez crea un campo magnético opuesto al del imán. Como el superconductor no tiene resistencia eléctrica, la corriente inducida sigue fluyendo y mantiene el imán suspendido indefinidamente.


Aplicaciones

Desde que se descubrieron las primeras piedras con propiedades magnéticas en la ciudad de Magnesia (Asia Menor), el Hombre ha tratado de buscar aplicaciones al sorprendente efecto del magnetismo. El tren de levitación magnética, o maglev, es un tren suspendido en el aire por encima de una vía, entre 10mm y 15 cm, siendo propulsado hacia adelante por medio de las fuerzas magnéticas (atractivas y repulsivas). La ausencia de contacto físico entre el carril y el tren hace que la única fricción sea la del aire, por lo que se pueden conseguir muy altas velocidades con un consumo de energía razonable, el 40% del consumo normal para un vehículo, y a un bajo nivel de ruido. La línea que une Shanghai con su aeropuerto tarda 7 minutos y 20 segundos en recorrer los 30 kilómetros a una velocidad máxima de 431 km/h y una media de 250 km/h. En Alemania se lleva a cabo la construcción del Transrapid, un maglev que unirá las ciudades de Berlín y Hamburgo, con una velocidad máxima de 500 km/h.

El principio de levitación magnética se utilizará como catapulta para que las lanzaderas espaciales venzan la atracción gravitatoria terrestre...

El principio de levitación magnética se utilizará como catapulta para que las lanzaderas espaciales venzan la atracción gravitatoria terrestre…

Dentro de la levitación magnética otra de las aplicaciones es el almacenamiento de energía mediante los volantes de inercia, ya que permite hacer girar indefinidamente una rueda superconductora inmersa en un campo magnético de manera que almacene la energía mecánica. Este tipo de dispositivo se estudia para la aplicación en trenes o de aerogeneradores (Cedex).Asimismo la levitación también se aplica en medicina cardiovascular con un sistema de asistencia ventricular, compuesto por un Ventrículo de Asistencia centrífugo y un motor, que proporciona soporte temporal en caso de insuficiencia cardiaca o de fallo ventricular.

Los superconductores también se utilizan como detectores de campos electromagnéticos muy débiles (hasta 100 mil millones de veces más débiles que el campo geomagnético de la Tierra), pudiendo utilizarse en el estudio de señales electromagnéticas generadas por el cerebro.

El próximo estadio en la evolución de los supercomputadoras se denomina computación cuántica, que utilizando las propiedades de la superconductividad podrá alcanzar velocidades 250 más veloces que los actuales supercomputadoras.

Referencias:
http://www.arrakis.es/~cris/supercon.htm
http://www.youtube.com/watch?v=hksy_4Zmh80
http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/056/htm/sec_7.htm

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