Jhon Ender Duque V CRF

LA SUPERCONDUCTIVIDAD
La superconductividad es un fenómeno que denota el estado en el cual la resistencia eléctrica de ciertos
materiales de forma repentina hasta llegar a cero. La temperatura por debajo de la cual la resistencia eléctrica
de un material se aproxima a cero absoluto se denomina temperatura critica (Tc). Por encima de esta
temperatura, al material se le conoce como normal, y por debajo de Tc, se dice que es superconductor.
Además de la temperatura el estado superconductor También depende de otras variables, como son el campo
magnético (B) y la densidad de corriente (J). De este modo, para que en material sea superconductor, la
temperatura critica del material, su campo magnético y su densidad de corriente no deben ser superadas de
unos valores específicos para cada caso, ya que para cada material, superconductor existe una superficie
critica en el espacio de T.B. y J.
Para ilustrar lo dicho anteriormente presentamos la siguiente gráfica, donde se representa la resistividad de un
material normal respecto a la temperatura, el cobre, frente a un material superconductor, como el mercurio.
Podemos observar como la resistividad del material superconductor cae bruscamente hasta un valor casi
inapreciable, mientras que la resistividad eléctrica del cobre decrece uniformemente mientras disminuye la
temperatura, y alcanza un valor mínimo a 0ºK.
Como anunciamos anteriormente la superconductividad depende del campo magnético puesto que si un
campo magnético suficientemente fuerte se aplica a un superconductor a cualquier temperatura que este por
debajo de su temperatura critica (Tc), el superconductor retorna a su estado normal. El campo magnético
aplicado necesario para restablecer la conductividad eléctrica normal en el superconductor se denomina
campo critico (Hc). La curva de Hc frente a la temperatura, T (ºK), puede aproximarse mediante la expresión:
Hc = Ho [1−(T/Tc)^2]
donde Ho es el campo critico a una temperatura T=0ºK. Esta curva representa el limite o la frontera entre los
estados normal y de superconductividad de un superconductor.
Los superconductores metálicos e intermetálicos se clasifican, según su comportamiento frente al campo
magnético aplicado, como superconductores de tipo I y de tipo II. Los superconductores del primer tipo
También conocidos como superconductores blandos, presentan un valor de Tc y de Hc demasiado bajos para
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cualquier aplicación practica. Algunos elementos metálicos como el plomo, estaño, mercurio y el aluminio
pertenecen a este grupo. Estos son conductores perfectos a la electricidad por debajo de Tc, pero cada uno
pierde su propiedad a un valor critico del campo magnético por debajo de 1500 Oe.
Si un cilindro largo d en superconductor de tipo I como Pb o Sn se coloca en un campo magnético a
temperatura ambiente, el campo magnético penetra normalmente a través del metal. Sin embargo, si la
temperatura del conductor del tipo I se reduce por debajo de su Tc (7,19ºK para el Pb) y si el campo
magnético esta por debajo de Hc, el campo magnético es expulsado de la muestra con excepción de una capa
de penetracion muy fina de unos 10^−5 cm en la superficie. Esta propiedad de expulsión de un campo
magnético en el estado de superconducción recibe el nombre de Efecto Meissner.
Los superconductores de tipo II se comporta de forma diferente en un campo magnético a temperaturas por
debajo de la temperatura critica. Ellos son diamagneticos, como lo superconductores de tipo I, hasta un valor
de un campo magnético aplicado llamado campo critico inferior Hc1, y de este modo el flujo magnético es
rechazado del material. por encima de Hc1 el campo empieza a penetrar en el superconductor de tipo II y
continua así hasta que alcanza el campo critico superior Hc2. En el intervalo entre Hc1 y Hc2 el
superconductor esta en estado mixto y por encima de Hc2 vuelve a su estado normal.
En la región Hc1 y Hc2 el superconductor puede conducir corriente eléctrica dentro del grueso del material y
de esta forma esta región del campo magnético puede ser usada para superconductores de alto campo y alta
corriente con el NiTi y Ni3Sb que son superconductores del tipo II.
En la figura anterior se muestra el efecto Meissner antes explicado:
Cuando la temperatura de un conductor del tipo I se reduce por debajo de Tc y el campo magnético esta por
debajo de Hc, el campo magnético es completamente expedido desde una muestra, excepto en una pequeña
capa superficial.
Los superconductores del tipo I son poco transportadores de la corriente eléctrica, ya que la corriente solo
puede fluir por la capa superficial externa de una muestra conductora. La razón por la cual sucede esto es que
el campo magnético solo puede penetrar la capa superficial, y la corriente solo puede fluir por esta capa. En
los superconductores de tipo II, por debajo de Hc1, los campos magnéticos se comportan de igual manera.
Sin embargo, si el campo se encuentra entre Hc1 y Hc2 (estado mixto), la corriente puede ser transportada por
el interior del conductor en filamentos. En los superconductores de tipo II, cuando se aplica un campo
magnético entre Hc1 y Hc2, el campo atraviesa el volumen del superconductor en forma de haces de flujos
cuantizados e individuales, llamados fluxoides. Una supercorriente cilíndrica en torbellino rodea cada
fluxoide. Con el aumento de la fuerza del campo magnético, mas y mas fluxoides entran en el superconductor
y constituyen una formación periódica. Para Hc2 la estructura a base de vértices de supercorriente colapsa y el
material vuelve a su estado de la conducción normal.
Todos los materiales superconductores se pueden clasificar en tres grupos principales: elementos metálicos,
aleaciones y compuestos. Los elementos metálicos pertenecen al tipo I, y no ofrecen grandes posibilidades de
aplicaciones practicas. Sin embargo las aleaciones en especial aquellas que contiene elementos de transición
como el Nb−Zr, Nb−Ti y Mo−Re, tienen una Tc alrededor de 10ºK, y un campo magnético critico
relativamente elevado. Estas aleaciones se han utilizado en la construcción de bobinas superconductoras para
imanes. Los mas prometedores son algunos compuestos intermetalicos (anteriormente anunciados) con un
campo magnético muy elevado (210000 Oe). En el cuadro siguiente se proporcionan datos de unos cuantos
materiales superconductores seleccionados, que pertenecen tanto al tipo I con al tipo II.