Pares de Cobre: Dos electrones aparecen "en equipo“ de acuerdo con la teoría BCS, a pesar de que ambos tienen una carga negativa y que normalmente se rechazan. Gracias a la temperatura superconductividad, el par de electrones forman uno solo –estado macroscópico del quántum – y que por lo tanto fluye sin resistencia.
Animación del par de Cobre:
La ciencia… Una corriente eléctrica en un alambre crea un campo magnético a su alrededor. La fuerza del campo magnético aumenta al tiempo que la corriente en el alambre se incrementa. Debido a que los superconductors pueden llevar corrientes grandes sin la pérdida de energía, ellos estan lo suficientemente dotados para hacer potentes electroimanes.
La ciencia…. Pronto después de que Kamerlingh Onnes descubriera la superconductividad, los científicos empezaron a desarrollar usos prácticos de este nuevo fenómeno. Nuevos y poderos imanes que usan superconductividad son mucho más pequeños que un imán resistente, ya que las bobinas podrían llevar corrientes grandes sin pérdida de energía.
La ciencia…. Generadores con superconductores podrían generar la misma cantidad de electricidad con un equipo más pequeño y menos consumo. Así, una vez que la electricidad fuera generada, podría ser distribuida a través de los alambres de superconductividad. La energía se podía almacenar en las bobinas de superconductividad por períodos de tiempo largos sin pérdida significativa.
La ciencia… El estado superconductivo es definido por tres factores muy importantes: temperatura crítica (Tc), campo crítico (Hc) y densidad de corriente crítica (Jc). Cada uno de estos parámetros depende en las otras dos características: Temperatura crítica (Tc): la temperatura más alta en la cual la superconductividad ocurre en un material. Debajo de esta temperatura T de la transición, la resistencia del material es igual a cero. El campo magnético crítico (Hc): sobre este valor de campo magnético, externamente aplicado, un superconductor deja de ser superconductor Densidad de corriente crítica (Jc) el máximo valor de la corriente eléctrica por unidad en el área seccionada transversalmente que un superconductor puede llevar sin resistencia.
Demostración en la sala de clase #1 El efecto Meissner
La levitación de un imán sobre un superconductor frio, el efecto de Meissner, ha sido bien sabido por muchos años. Si un superconductor se enfría debajo de su temperatura crítica mientras que el campo magnético rodea pero no penetra el superconductor, el imán produce corriente en el superconductor. Esta corriente crea una fuerza magnética que hace que los dos materiales se rechacen. Asi se puede ver como el imán es levitado sobre el superconductor.
Demostración del efecto Meissner
Materiales requeridos: Materiales: Disco de superconductividad Magneto de Neodímio-hierro-boro u otro magneto potente Nitrógeno Liquido “Dewar” (recipiente que mantiene helio para experimentos y donde el calor y la radiación son reducidos al minimo) Disco de laboratorio (“petri dish”, disco plano de plástico o cristal en forma de recipiente, usualmente usado para muestras ) Vaso de espuma flex Pinzas aisladas al magnetismo Guantes
Procedimiento Llene cuidadosamente la taza de nitrógeno líquido. Coloque el plato debajo de la taza y vierta cuidadosamente suficiente nitrógeno líquido hasta que este alrededor de un cuarto de pulgada de profundidad. El líquido hervirá rápidamente por un tiempo corto. Espere hasta que el hervor desvanezca. Con las pinzas, coloque cuidadosamente el disco superconductor en el nitrógeno líquido que esta en el plato. Espere hasta que el hervor desvanezca. Igualmente, con las pinzas, coloque cuidadosamente un imán pequeño cerca de 2 milímetros sobre el centro. Una vez suelto el imán que debe levitar aproximadamente 3 milímetros sobre superficie del disco.
Procedimiento El imán debe seguir suspendido hasta que se caliente por encima de una temperatura crítica, en cuyo caso no levitará por más tiempo. Puede colocarse en la superficie o "saltar" lejos de la superficie del disco. Esta demostración también puede ser hecha si se coloca el imán encima del disco de superconductividad antes de que se enfrie en el nitrógeno líquido. El magneto levitará cuando la temperatura del superconductor caiga por debajo de un nivel crítico (t). Adicionalmente otro fenómeno interesante puede ser observado, mientras que el imán se suspende sobre el disco de superconductividad y es que mientras levita el imán está lentamente rotando en su eje. El imán al rotar actúa como un cojinete sin fricción mientras que se suspende en el aire.
Demostración de clase #2 Un interruptor de superconductividad Cuando un superconductor está en el estado normal, la resistencia al flujo de la corriente es absolutamente alta comparada al estado de superconductividad. Debido a esto, un simple interruptor de resistencia puede ser fácilmente simulado.
Materiales necesarios YBCO alambre superconductor 2 baterías del tamaño C con sostenedor Bombilla de luz de 3 voltios con sostenedor Nitrógeno líquido Vaso de espuma flex
Procedimiento Conecte el superconductor la bombilla y las baterías. Cuando el superconductor esta en temperatura ambiental esta en estado normal y tendrá alta resistencia. La bombilla no alumbrará. Coloque el suprconductor en el nitrógeno liquido y la bombilla alumbrara al tiempo que la resistencia decrece. Remueva el superconductor del nitrógeno liquido. La bombilla empezara a opacarse paulatinamente mientras la resistencia se incrementa.
Aplicaciones actuales de superconductividad Sistemas de escudo magnético Sistemas médicos de obtención de imágenes, e.g. RMI. Sistemas de interferencia (SQUIDS). detectan cambios extremadamente pequeños en campos magnéticos, corrientes eléctricas, y voltajes Sensores infrarojos Sistemas de procesamiento de señales Sistemas de microhondas
SQUIDS A SQUID (“Superconducting quantum interference device” por sus siglas en ingles) es el tipo más sensible de detector conocido por la ciencia la momento. Consiste en un superconductor con dos uniones de Josephson; SQUIDS son usados para medir campos magnéticos
Visualización de flujo : El fenómeno donde las líneas de fuerza de un imán (llamadas flujo o flux) llegan a estar atrapadas dentro del material de superconductividad. Esto permite visualizar los lazos del superconductor al imán a una distancia fija.
Fotografiá de la visualización del flujo (Flux-Pinning)
Aplicaciones emergentes Transmisión de poder Magneto de superconductividad en generadores Sistemas de almacenaje de energía Aceleradores de partículas Vehículos de transportación por medio de levitación Maquinaria rotatoria Separadores magnéticos
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