Superconductor
De Laplace
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1 Introducción
Los superconductores constituyen una clase muy particular de materiales, de los cuales nuestro conocimiento es todavía incompleto, y cuya descripción requiere de avanzados conocimientos en mecánica cuántica. Por ello, aquí nos limitaremos a dar unas pinceladas, indicando las principales propiedades macroscópicas de estos materiales.
2 Propiedades características
2.1 Superconductividad
La principal característica de los materiales conductores es que, en ausencia de campos magnéticos, por debajo de una temperatura crítica, su resistividad se hace idénticamente nula (dentro de los límites de medida, por supuesto). Esta transición se produce de forma abrupta (es un cambio de fase). Por encima de la temperatura crítica, la resistividad es finita; a la temperatura crítica se produce una discontinuidad de salto, y por debajo es nula.
El primer material en el que se descubrió esta propiedad (en 1911, por Kammerling Omnes) fue en el mercurio para una temperatura de 4.2 K. Desde entonces se ha descubierto en otras sustancias (tanto elementales como compuestas). La mayor temperatura crítica descubierta es de 92 K (para un óxido de cobre, bario e ytrio), aun muy por debajo de la temperatura ambiente.
La anulación de la resistividad implica que por el interior de un superconductor pueden circular corrientes eléctricas sin disipación de energía por efecto Joule. Esto los convierte en sustancias muy interesantes para la distribución de energía eléctrica o la generación de campos magnéticos intensos.
2.2 Diamagnetismo perfecto
Desde el punto de vista magnético, los superconductores se caracterizan por el efecto Meissner por el cual el campo magnético se anula en el interior de un superconductor. Este efecto permite caracterizar a los superconductores como diamagnéticos perfectos (χm = − 1, μ = 0).
3 Efecto Meissner
El efecto Meissner ocurre de forma abrupta al bajar la temperatura. Por encima de una cierta temperatura T = T(H) (normalmente muy baja) el campo penetra normalmente en el interior del material, pero al bajar la temperatura, éste se convierte en superconductor y el campo es expulsado (salvo en una pequeña película junto a la superficie).
Si el campo aplicado es muy grande, el material no se convierte en superconductor, por mucho que se baje la temperatura.
4 Diagrama de fases
El comportamiento de un material superconductor como función de la temperatura y del campo aplicado puede representarse mediante un diagrama de fases, esto viene a ser un mapa en el que dando las coordenadas (T,H) sabemos en qué estado se encuentra el material.
4.1 Tipo I
En el caso más simple (tipo I), el diagrama consta de dos regiones. Por encima de una temperatura T(H) el material no es superconductor. Al bajar la temperatura, se produce el cambio de fase y el material se hace superconductor, siempre que H no supere el campo máximo.
4.2 Tipo II
Existe una segunda clase de superconductores (llamados de tipo II), que se caracteriza por tener dos campos críticos. Entre ellos el material presenta un efecto Meissner incompleto y se comporta como una mezcla de material normal y de superconductor.