U NIVERSIDAD N ACIONAL A UTÓNOMA DE M ÉXICO
F ACULTAD DE Q UÍMICA
Superconductividad
Mendoza Pérez Bernardo.
Valencia Mora Ricardo.
Vázquez Altamirano Diana.
¿Superconductividad?
Al enfriar ciertos metales y aleaciones por debajo de una T
cdel orden de algunos K, se observa la desaparición de la resistividad eléctrica. Este fenómeno es lo que se denomina superconductividad.
Figura 1. Resistencia de una muestra de Hg en f(T). Esta es
Un poco de Historia…
1911 - H. Kamerlingh Onnes
1933 – Walter Meissner y Robert Ochsenfeld.
1957 - J. Bardeen, L. Cooper y R.
Schrieffer (Teoría BCS)
1986 – J. C. Bednorz y K. A.
Müller.
1987- C.W. Paul Chu.
Figura 2. H. Kamerlingh Onnes.Figura 3. Walter Meissner.
Observaciones sobre la superconductividad
Por debajo de una T
cla resistividad eléctrica en corriente continua se vuelve ≈ 0, observándose una corriente persistente o supercorriente.
Los materiales
superconductores poseen propiedades magnéticas.
Al aplicar un campo magnético superior al valor crítico, B
ca una muestra superconductora esta recupera su resistencia eléctrica normal.
Figura 4. Efecto Meissner en una esfera superconductora enfriada en presencia de un campo magnético constante.
Efecto Meissner
Cuando un superconductor se enfría por debajo de la T
cen un campo magnético externo aplicado, el campo magnético dentro del material pasa a ser nulo.
Figura 5. El efecto Meissner en una esfera superconductora enfriada dentro de un campo magnético externo constante. Cuando la temperatura desciende por debajo del valor crítico, el campo magnético dentro de la esfera se hace cero.
¿Qué es un superconductor?
Un material que cumple:
ρ = 0 para T<T c
B = 0 a T<T c y B<H c
Figura 6. Un superconductor que conduce la electricidad sin resistencia.
Materiales superconductores
Elementos: Alrededor de 25 metales.
Aleaciones.
HTSC (High Temperature SuperConductors)
Tabla 1. Superconductividad de algunos elementos. Tabla 2. Superconductividad de algunos compuestos.
Tipos
Tipo I: Experimentan una transición abrupta de la imanación diamagnética cuando el campo magnético externo B
extsupera el campo crítico B
c.
Tipo II. Experimentan una transición gradual de la imanación diamagnética desde un campo crítico inferior hasta un campo crítico superior.
Figura 7. Curvas de imanación superconductora de un superconductor tipo I y tipo II.
Cerámicas superconductoras.
Bajo ciertas condiciones algunas cerámicas muestran superconductividad.
No se conoce con certeza el mecanismo que produce la superconductividad.
Figura 8. Un disco de YBaCuO.
Posible explicación…
A diferencia de los superconductores clásicos, la forma concreta en que se disponen los átomos del cristal representa un papel muy importante en la aparición del fenómeno.
Figura 9. Estos átomos se disponen en forma de capas alternas dentro del material, permitiendo que un cierto número de electrones puedan desplazarse entre los mismos sin resistencia alguna.
YBa 2 Cu 3 O 7-x
Estructura tipo Perovskita
Celda ortorrómbica
a = 3.820 Å b = 3.887 Å c = 11.687 Å
T c = 93 K
Tipo II
Deficiente en Oxígeno
Figura 10. Estructura de YBaCuO, superconductor de alta temperatura.
Problemas…
Al aplicarles un campo de unas diez teslas (20000 veces la intensidad del campo magnético terrestre) la resistencia del material no solo no disminuye... ¡sino que en ocasiones se hace cien veces superior a la del cobre!
Las cerámicas superconductoras sólo conseguían transmitir una cantidad limitada de electricidad sin ofrecer resistencia, debido a la estructura en capas del material.
Son cerámicas, frágiles y difíciles de manufacturar en forma de
cable.
Aplicaciones
Imanes superconductores
SQUID
MAGLEV
Figura 11. Superconductor de inferencia cuántica.
Bibliografía
Müller, K. Alex. Perovskites and other oxides. World Scientific. Singapore. 2010. pp 554-556.
Vélez M. Ligia, M. Materiales industriales, Teoría y aplicaciones. Textos académicos. pp 132-185.
Cerámicas Funcionales: Superconductores. http://ocw.uc3m.es/ciencia-e-
oin/ceramicas-y-vidrios/bloque-iv/Bloque_IV-Superconductores.pdf Fecha de consulta: 6-mayo-12
Sánchez, David. Superconductividad: la resistencia inútil.
http://www.arrakis.es/~cris/supercon.htm Fecha de consulta: 6-mayo-12
Mosca, Tipler. Física para la ciencia y la tecnología. 5ta. Ed. Vol. II, Editorial Revertè.
España. 2007. pp 854 y 855.
Superconductividad. http://www.tecnun.es/asignaturas/PFM_Mat/Prog/Supercv2.pdf Fecha de consulta: 6-mayo-12
