Superconductividad

Efecte Meissner.

Archiu:Flyingsuperconductor.ogv

Es denomina superconductividad a la capacitat intrínseca que posseïxen certs materials per a conduir corrent elèctrica sense resistència ni pèrdua d'energia en determinades condicions. Va ser descobert pel físic neerlandés Heike Kamerlingh Onnes el 8 d'abril de 1911 en Leiden.

La resistividad elèctrica d'un conductor metàlic disminuïx gradualment a mida que la temperatura es reduïx. No obstant, en els conductors ordinaris, com el coure i l'argent, les impurees i atres defectes produïxen un valor llímit. Inclús prop de zero absolut una mostra de coure presenta una resistència no nula. La resistència d'un superconductor, en canvi, descendix bruscament a zero quan el material es gela per baix del seu temperatura crítica. Una corrent elèctrica que fluïx en una espiral de cable superconductor pot persistir indefinidament sense font d'alimentació. De la mateixa manera que el ferromagnetisme i les llínees espectrals atòmiques, la superconductividad és un fenomen de la mecànica quàntica.

La superconductividad ocorre en una gran varietat de materials, incloent elements simples com l'estany i l'alumini, diverses aleacions metàliques i alguns semiconductors fortament dopats. La superconductividad, normalment, no ocorre en metals nobles com el coure i l'argent, ni en la majoria dels metals ferromagnéticos. Pero en certs casos, l'or es classifica com a superconductor; per les seues funcions i els mecanismes aplicats.

Comportament magnètic

Expulsió del camp magnètic.

Encara que la propietat més sobreixent dels superconductores és l'absència de resistència, lo cert és que no podem dir que es tracte d'un material de conductivitat infinita, ya que este tipo de material per sí solament no té sentit termodinàmic. En realitat un material superconductor de tipo I és perfectament diamagnético. Açò fa que no permeta que penetre en el camp, lo que es coneix com efecte Meissner.

El camp magnètic distinguix dos tipos de superconductores: els de tipo I, que no permeten en absolut que penetre un camp magnètic extern (la qual cosa comporta un esforç energètic alt, i implica la ruptura brusca de l'estat superconductor si se supera la temperatura crítica), i els de tipo II, que són superconductores imperfectes, en el sentit en que el camp realment penetra a través de chicotetes canalisacions denominades vórtices de Abrikosov, o fluxones. Estos dos tipos de superconductores són de fet dos fases diferents que varen ser predites per Lev Davidovich Landau i Aleksey Alekséyevich Abrikósov.

Quan a un superconductor de tipo II li apliquem un camp magnètic extern dèbil ho repelix perfectament. Si ho aumentem, el sistema es torna inestable i preferix introduir vórtices per a disminuir la seua energia. Estos van aumentant en número colocant-se en rets de vórtices que poden ser observats per mig de tècniques adequades. Quan el camp és suficientment alt, el número de defectes és tan alt que el material deixa de ser superconductor. Est és el camp crític que fa que un material deixe de ser superconductor i que depén de la temperatura.

Comportament elèctric

Iman suspés sobre un superconductor a alta temperatura gelat a -200 °C

L'aparició del superdiamagnetismo és deguda a la capacitat del material de crear supercorrientes. Estes són corrents d'electrons que no dissipen energia, de manera que es poden mantindre eternament sense obedir l'Efecte Joule de pèrdua d'energia per generació de calor. Les corrents creen l'intens camp magnètic necessari per a sustentar l'efecte Meissner. Estes mateixes corrents permeten transmetre energia sense despesa energètica, lo que representa l'efecte més espectacular d'este tipo de materials. Degut a que la cantitat d'electrons superconductores és finita, la cantitat de corrent que pot soportar el material és llimitada. Per tant, existix una corrent crítica a partir de la qual el material deixa de ser superconductor i comença a dissipar energia.

En els superconductores de tipo II, l'aparició de fluxones provoca que, inclús per a corrents inferiors a la crítica, es detecte un cert malbarat d'energia deguda al choc dels vórtices en els àtoms de la ret.