(999) 290 93 87Todos los materiales de origen natural o artificial pueden dividirse en dos tipos de acuerdo a su capacidad para conducir electricidad. Por un lado, tenemos los llamados conductores, en los que podemos encontrar metales como cobre (Cu), plata (Ag) y oro (Au); los cuales permiten a los electrones circular libremente acarreando con ellos una carga eléctrica. Y por otro lado existen los aislantes, como la madera o el caucho que no permiten la circulación de corriente ni el flujo de electrones a través de ellos.
Pese a que los metales suelen ser buenos conductores, la energía cinética del flujo de electrones hace que los átomos del conductor vibren y choquen con éstos, generando un incremento de temperatura en el conductor lo que a su vez aumenta la resistividad eléctrica y por consiguiente se produce una pérdida de energía en forma de calor (pérdidas por efecto Joule). Esto en ocasiones no resulta nada práctico ni rentable, por esa razón muchos científicos han dedicado sus vidas al estudio del fenómeno de la superconductividad, los superconductores y cómo utilizarlos en pos de la humanidad.
¿Qué es la superconductividad?
Se conoce como superconductividad al fenómeno en el que un material conductor pierde completamente su resistividad eléctrica cuando se mantiene a una temperatura alrededor del cero absoluto (-237ºC), esta temperatura a la que un conductor pasa a ser un superconductor varía según el material y se le conoce como temperatura crítica o temperatura de transición. Este fenómeno fue descubierto en 1911 en la Universidad de Leiden por el físico neerlandés H.K. Onnes quien dos años después fuera galardonado con el Premio Nobel de Física en 1913.
Heike Kamerling Onnes, padre de los superconductores. Fuente: NobelPrize.org
¿Entonces qué son los superconductores?
Una vez comprendido el concepto de superconductividad se puede deducir que un superconductor es un material que ha sido sometido a un proceso de disminución de temperatura (generalmente utilizando helio o nitrógeno líquido) de tal magnitud que sus propiedades eléctricas han sido modificadas para eliminar por completo la resistencia al paso de corriente. Los superconductores se suelen clasificar en dos tipos:
- Superconductores Tipo I: Consisten en elementos conductores básicos que usualmente se utilizan en todo, desde cableado eléctrico hasta microchips de computadoras. Hoy en día los superconductores Tipo I tienen temperaturas críticas entre 0.000325ºK y 7.8ºK a presión estándar (1bar o 0.986 923 27 atm). Algunos de los superconductores Tipo I además de requerir temperaturas extremadamente bajas necesitan también estar sometidos a presiones exorbitantes, tal es el caso del Azufre que necesita una temperatura de 17ºK (-256.15ºC) y una presión de 9.3 millones de atm para alcanzar la superconductividad. Aproximadamente, la mitad de los elementos de la tabla periódica pueden ser superconductores si las condiciones adecuadas de temperatura y presión se presentan.
Tabla de elementos superconductores conocidos a presión estándar (azul) y sólo bajo presión elevada (verde). Fuente: Superconductors.org
- Superconductores Tipo II: Esta categoría está integrada por compuestos metálicos como cobre o plomo. Estos elementos alcanzan un estado superconductor a temperaturas mucho más altas comparadas los del Tipo I. La causa de este drástico incremento en la temperatura aún no es comprendida por completo. La temperatura más alta alcanzada a presión estándar a la fecha es de 135ºK (-138ºC) por un compuesto que cae dentro de un grupo de superconductores cerámicos llamados cupratos.
Imán levitando sobre Cuprato superconductor. Fuente: Tendencias21.net
Características de los superconductores.
Estos materiales superconductores son especialmente codiciados ya que, al no existir una resistencia eléctrica, no se produce calor y por consecuencia no hay pérdida de energía, de modo que los superconductores son excepcionalmente eficientes. Teóricamente, si se suministrara una pequeña corriente a un superconductor que forma un circuito cerrado, ésta circularía infinitamente a través del superconductor sin necesidad de una fuente de alimentación externa, haciendo de este material lo más cercano a una máquina de movimiento perpetuo.
Además, una característica particular de los superconductores es que todos aquellos que pertenecen al Tipo I expulsan de su interior el campo magnético (Efecto Meissner) lo que da origen a efectos singulares de levitación, mientras que los superconductores del Tipo 2 permiten el paso del campo magnético a través de ellos.
Comportamiento de un conductor normal en un campo magnético (izquierda), y repulsión del campo magnético (Efecto Meissner) en un superconductor (derecha). Fuente: Francis Naukas.
Aplicaciones de los superconductores
El poder obtener un material superconductor a temperatura ambiente, que pueda ser transformado en cables u otro elemento de conexión y además que su producción sea rentable es uno de los grandes desafíos de la ciencia moderna, y de lograrlo, las aplicaciones serían prácticamente ilimitadas. Primero, todos los dispositivos eléctricos se podrían volver más eficientes y de este modo se podría reducir el consumo energético. También se podría implementar en la medicina para mejorar el funcionamiento de las máquinas de resonancia magnética (MRI).
Además, sería mucho más sencillo transportar energía eléctrica grandes distancias sin tener una pérdida por dispersión en el entorno, lo cual es especialmente útil para aplicaciones en el campo de las energías renovables.
Uniones superconductoras capaces de transportar 20kA desarrolladas por la Organización Europea para la Investigación Nuclear. Fuente: CERN.
Finalmente, por el fenómeno de levitación que se logra gracias al efecto Meissner, los superconductores abren las posibilidades al diseño de transporte más veloz y eficiente como trenes de alta velocidad muy superiores a los trenes MagLev que existen en la actualidad.
Mejoramiento de los trenes de Levitación Magnética (MagLev), una de las posibles aplicaciones de los superconductores . Fuente: Jrailpass.com
Y aunque muchas de las tecnologías asociadas a los superconductores quizás no pasen de un boceto o una simple idea es innegable el esfuerzo de científicos e investigadores, así como la inversión por parte de gobiernos y universidades para mantener un lugar en esta carrera científica en la que el ganador no sólo dejará su huella marcada en la historia, sino que se convertirá en un símbolo del progreso y desarrollo de los años por venir.
Otros Links: Láminas y Aceros
Fuentes: History of superconductors, Superconductors.org, Encyclopaedia Britannica.
