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Superconductividad, breve historia y aplicaciones

Presentación sobre los elementos de la superconductividad con enlaces para continuar investigando.

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Superconductividad, breve historia y aplicaciones

  1. 1. Superconductividad Breve historia y aplicaciones
  2. 2. El origen de la superconductividad <ul><li>En 1911, el físico holandés Kamerlingh-Onnes descubrió el fenómeno de la superconductividad. </li></ul><ul><li>Tuvo lugar cuando medía la resistencia eléctrica del mercurio puro en condiciones de bajas temperaturas. </li></ul><ul><li>Trataba de eliminar el “ruido térmico” en el movimiento de los electrones al interior de un conductor. </li></ul><ul><li>Halló que para temperaturas inferiores a 4,15 K, la resistencia eléctrica prácticamente era nula. </li></ul>Resistencia eléctrica del mercurio vs. Temperatura absoluta
  3. 3. La superconductividad en otros materiales <ul><li>Más adelante se descubrió que la propiedad de superconductividad no era exclusiva del mercurio. </li></ul><ul><li>La superconductividad ocurre en una gran variedad de materiales, incluyendo elementos simples como el estaño y el aluminio, diversas aleaciones metálicas y algunos semiconductores fuertemente dopados. </li></ul><ul><li>La superconductividad no ocurre en metales nobles como el oro y la plata, ni en la mayoría de los metales ferromagnéticos. </li></ul>Temperatura crítica para diferentes sustancias por año de descubrimiento
  4. 4. Teoría clásica de los electrones libres en los metales <ul><li>La teoría señalaba que los electrones que se encuentran en las capas superiores (electrones de valencia) están débilmente unidos a los núcleos. </li></ul><ul><li>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”. </li></ul><ul><li>Esta nube sometida a la acción de un campo eléctrico comenzará a moverse: la corriente eléctrica. </li></ul>Los electrones de valencia liberados forman una “nube electrónica”
  5. 5. Efecto del paso de la corriente en el conductor Q Calor liberado Electrones libres moviéndose por la estructura cristalina
  6. 6. La resistencia eléctrica <ul><li>Se denomina resistencia eléctrica a la propiedad de los materiales de oponerse al paso de la corriente eléctrica, y depende de las características del propio material (resistividad) y de sus propiedades geométricas. </li></ul><ul><li> – resistividad; l – longitud del conductor; A – área del conductor </li></ul><ul><li>La unidad de resistencia eléctrica en el SI es el ohm . </li></ul><ul><li>La resistencia depende del material y de las medidas del conductor. </li></ul>l A Carga en una estructura cristalina metálica 
  7. 7. La resistividad eléctrica <ul><li>La resistividad depende de la temperatura. </li></ul><ul><li>Onnes investigaba la resistividad residual, que no es otra cosa que la resistividad extrapolada al cero absoluto , en el descubrimiento de la superconductividad. </li></ul><ul><li>Su pregunta de investigación fue: ¿qué tan pequeña puede ser la resistividad residual del mercurio? </li></ul>http://books.google.com.pe/books?id=eAx1JbubBGUC&pg=PA175&lpg=PA175&dq=resistividad+residual&source=bl&ots=hH91Qh4-E1&sig=IW0imwMsKFtM4peM--7pyeyuDJY&hl=es&ei=RsY_TMGgIMP48AbT6_i7Cg&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CBQQ6AEwAA#
  8. 8. La temperatura crítica <ul><li>La magnitud que caracteriza el paso de un conductor al estado de superconductor se denomina “temperatura crítica”. </li></ul><ul><li>La temperatura crítica es la temperatura a la que la resistividad cae a la mitad de su valor normal. </li></ul>
  9. 9. Efecto magnético (Meissner) <ul><li>El Efecto Meissner fue descubierto por Walther 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. </li></ul><ul><li>Básicamente, los electrones modifican sus órbitas de modo que compensan el campo magnético externo; así, en el interior, el campo es nulo. </li></ul><ul><li>Este hecho tiene que ver con que un superconductor, para que tenga la resistencia eléctrica nula, requiere necesariamente que el campo magnético en el interior sea cero. </li></ul><ul><li>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 acercarse ni alejarse: levita. </li></ul>
  10. 10. Efecto Meissner en imágenes 1 2
  11. 11. Superconductores I y II <ul><li>Se distinguen 2 tipos de superconductores. El de tipo I, conocido como perfecto, no permite la penetración de un campo magnético, y el de tipo II, que lo permite a través de los llamados vórtices de Abrikosov o fluxones. </li></ul><ul><li>Los físicos Landau y Abrikosov demostraron que en realidad los superconductores de tipo I y II en realidad son dos fases del mismo fenómeno. </li></ul><ul><li>El que estén en una fase u otra depende de la magnitud del campo magnético externo y de la temperatura. </li></ul>http://oettinger-physics.de/vortex.html Representación gráfica de los vórtices de Abrikosov
  12. 12. Efecto eléctrico <ul><li>El efecto eléctrico de la superconductividad es la aparición de supercorrientes. Es decir, de corrientes que no disipan energía por efecto Joule (en forma de calor) al caer la resistencia eléctrica a cero. </li></ul><ul><li>Como el número de cargas es finito, existe una corriente crítica en los superconductores que hace que comience a disiparse la energía. </li></ul><ul><li>Las intensas corrientes producidas sustentan el efecto Meissner. </li></ul><ul><li>La teoría señala que cuando la corriente es superior a la crítica en los S-1 se manifiesta el efecto Joule. </li></ul><ul><li>En el caso de los S-2, este efecto se produce aún con corrientes pequeñas por la colisión de los vórtices con los átomos de la red. </li></ul>
  13. 13. Las teorías principales <ul><li>La teoría clásica no puede explicar el fenómeno de la superconductividad por lo que se aceptan dos teorías: </li></ul><ul><li>La Teoría BCS que se basa en los descubrimientos de que la superconductividad está relacionada con la red cristalina, y además, de que los portadores de carga son en realidad pares de electrones (pares de Cooper). </li></ul><ul><li>Este teoría explica la superconductividad de materiales homogéneos. </li></ul><ul><li>La teoría Ginzburg-Landau, que es aplicada a los materiales inhomogéneos. Se basa en la minimización de la energía libre de Helmholtz respecto a la densidad de electrones que están en estado superconductor. </li></ul><ul><li>Predice la distancia media de penetración del campo magnético y el tamaño aproximado del par de Cooper. </li></ul>
  14. 14. Aplicaciones <ul><li>Los imanes superconductores son los más poderosos por lo que se aplican en la fabricación de los trenes de alta velocidad Maglev. </li></ul><ul><li>En la producción de imágenes por resonancia magnética nuclear. </li></ul>http://es.wikipedia.org/wiki/Maglev http://es.wikipedia.org/wiki/Resonancia_magn%C3%A9tica_nuclear
  15. 15. Aplicaciones <ul><li>Construcción de aceleradores de partículas. </li></ul><ul><li>En dispositivos para la separación de pigmentos. </li></ul>http://es.wikipedia.org/wiki/Acelerador_de_part%C3%ADculas http://es.wikipedia.org/wiki/Pigmento
  16. 16. Aplicaciones <ul><li>En la producción de señales en la producción de filtros de radiofrecuencia y microondas para telefonía móvil. </li></ul><ul><li>Producción de magnetómetros. </li></ul>http://es.wikipedia.org/wiki/Telefon%C3%ADa_m%C3%B3vil http://es.wikipedia.org/wiki/Magnet%C3%B3metro
  17. 17. http://www.cienciaescolar.net http://www.ceprevirtual.com http:// www.twitter.com / ceprevirtual

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