circuitos

Superconductividad
Breve historia y aplicaciones

El origen de la superconductividad


En
1911,
el
físico
holandés
Kamerlingh-Onnes
descubrió
el
fenómeno de la superconductividad.



Tuvo lugar cuando medía la resistencia
eléctrica del mercurio puro en
condiciones de bajas temperaturas.



Trataba de eliminar el “ruido térmico”
en el movimiento de los electrones alinterior de un conductor.



Halló que para temperaturas inferiores
a 4,15 K, la resistencia eléctrica
prácticamente era nula.

Resistencia eléctrica del mercurio vs.
Temperatura absoluta
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La superconductividad en otros materiales
 Más adelante se descubrió que la
propiedad de superconductividad
no era exclusiva del mercurio.
 La superconductividad ocurre en
unagran variedad de materiales,
incluyendo elementos simples
como el estaño y el aluminio,
diversas aleaciones metálicas y
algunos
semiconductores
fuertemente dopados.
 La superconductividad no ocurre
en metales nobles como el oro y la
plata, ni en la mayoría de los
metales ferromagnéticos.

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Temperatura crítica para diferentes
sustancias por año de descubrimiento

3Teoría clásica de los electrones libres en los metales
 La teoría señalaba que los
electrones que se encuentran en
las capas superiores (electrones de
valencia) están débilmente unidos
a los núcleos.
 Por esta razón, cuando los átomos
de metal se unen para formar una
estructura cristalina, los electrones
se liberan del átomo y forman una
“nube electrónica”.
 Esta nube sometida a laacción de
un campo eléctrico comenzará a
moverse: la corriente eléctrica.

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Los electrones de valencia liberados
forman una “nube electrónica”

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Efecto del paso de la corriente en el conductor

Q

Electrones libres moviéndose por la estructura cristalina
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Calor liberado

La resistencia eléctrica
 Se denomina resistencia eléctrica a
la propiedadde los materiales de
oponerse al paso de la corriente
eléctrica, y depende de las
características del propio material
(resistividad) y de sus propiedades
geométricas.

l
Rr
A


r – resistividad; l – longitud del

 La resistencia depende del
material y de las medidas del
conductor.

l

A
r

conductor; A – área del conductor
 La unidad de resistencia eléctrica
en el SIes el ohm.
Carga en una estructura cristalina metálica
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La resistividad eléctrica
 La resistividad depende de la
temperatura.
 Onnes investigaba la resistividad
residual, que no es otra cosa que
la resistividad extrapolada al cero
absoluto, en el descubrimiento de
la superconductividad.
 Su pregunta de investigación fue:
¿qué tan pequeña puede ser la
resistividadresidual del mercurio?

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La temperatura crítica
 La magnitud que caracteriza el
paso de un conductor al estado de
superconductor se denomina
“temperatura crítica”.
 La temperatura crítica es la
temperatura a la que la
resistividad cae a la mitad de su
valor normal.

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Efecto magnético (Meissner)


El Efecto Meissner fue descubierto porWalther Meissner y Robert Ochsenfeld
en 1933, y consiste en lo siguiente: si a
un superconductor se le aplica un
campo magnético, en el interior del
superconductor el campo magnético
se anula.



Básicamente, los electrones modifican
sus órbitas de modo que compensan
el campo magnético externo; así, en el
interior, el campo es nulo.



Este hecho tiene que ver con que unsuperconductor, para que tenga la
resistencia eléctrica nula, requiere
necesariamente que el campo
magnético en el interior sea cero.

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 Este efecto puede utilizarse para
producir “levitación magnética”.
Cuando se acerca un imán a un
superconductor,
el
superconductor se convierte en un
imán de polaridad contraria de
modo que “sujeta” al otro imán
sobre él. Así, el imán no puede...