¿Deseas saber qué son los superconductores? ¿De dónde les viene la facultad para transportar la energía? ¿Cuáles son las características que los hacen adecuados para que los electrones circulen con la menor resistencia? Quédate con nosotros y conoce todo sobre ello.
Los superconductores, bien sea de origen artificial o de origen natural pueden ser de dos clases, esto va a depender de si poseen o no la capacidad de poder transportar electricidad. Por una parte se encuentran los denominados conductores, entre los que se hayan metales tales como el cobre (Cu), la plata (Ag) y el oro (Au). Estos metales son permeables a los electrones, ya que pueden circular de forma libre, transportando con ellos la carga eléctrica.
Por otra parte la clase de materiales que reciben el nombre de aislantes, como es el caso de la madera o el caucho, los cuales impiden el traspaso de electrones y el traspaso del flujo de la corriente eléctrica a través de sus cuerpos.
Materiales superconductores
Aunque los metales usualmente son buenos conductores de energía, la energía cinética contenida en el flujo constante de los electrones ocasiona que los átomos del material que funge como conductor vibren y se producen colisiones con éstos, lo que da lugar a que aumente la temperatura en el cuerpo del conductor, aumentando al mismo tiempo su resistencia al flujo eléctrico, impidiendo su normal transmisión, produciendo una pérdida de energía en forma de calor.
Esa merma de calor, que se pierde por una secuela Joule, en algunos casos no es un resultado deseado, porque impide que se produzca rentabilidad y no es práctico. Debido a ello, varios investigadores han encausado su trabajo hacia el análisis del prodigio del superconductor, cuales son los materiales superconductores, y como poder emplearlos en beneficio de los seres humanos y la sociedad.
¿Qué es la superconductividad?
Se denomina superconductividad al efecto científico que se produce cuando un material conductor disipa en forma total su capacidad de resistir a la electricidad logrando mantenerse a una temperatura cercana al cero absoluto, que es el equivalente a -237ºC, pero la temperatura en la cual un material conductor se convierte en un superconductor se modifica de acuerdo al tipo de material de que se trate. Conoce también la Teoría Cuántica de Planck.
A éste fenómeno se le ha puesto el nombre de temperatura crítica o temperatura de transición. Esta relación fue descubierta en el año de 1911, en la Universidad de Leiden por el físico holandés H.K. Onnes, el mismo al que a los dos años siguientes, en 1913, le fue concedido el Premio Nobel de Física.
¿Entonces qué son los superconductores?
Entendida la definición de la superconductividad, podemos inferir que un superconductor es, en esencia, un material que ha sufrido un procedimiento por el cual ha sido disminuida en forma sensible su temperatura, para lo cual de forma común se usan elementos como el nitrógeno en forma líquida o el helio, con tal gradación que se ha logrado hacer mutar a sus propiedades eléctricas, eliminando totalmente su resistencia a la transferencia de corriente.
Clasificación de los superconductores
Los materiales superconductores se pueden dividir en dos tipos:
Superconductores Tipo I
Son aquellos que inicialmente han sido elementos conductores básicos, porque suelen utilizarse para la fabricación de todos los elementos que requieren para transportar electricidad, empezando por un cable de electricidad y pudiendo terminar en un microchip de cualquier ordenador.
Gracias a los avances y la experimentación, hoy los superconductores Tipo I han logrado temperaturas críticas situadas entre los 0.000325ºK y 7.8ºK a una presión estándar de 1bar o 0.986 923 27 atm. Varios superconductores Tipo I adicionalmente a necesitar temperaturas considerablemente bajas, requieren ser sometidos a presiones descomunales.
Eso es lo que ocurre con el Azufre, que requiere de una temperatura de 17ºK, lo que se traduce a -256.15ºC, y una presión constante de 9.3 millones de atm, de manera que pueda adquirir la cualidad de la superconductividad.
Pero lo verdaderamente importante es que se ha logrado establecer que un cincuenta por ciento de los elementos contenidos en la tabla periódica pueden llegar a convertirse en superconductores, si dan las circunstancias adecuadas de temperatura y presión.
Superconductores Tipo II
Esta clasificación está integrada por compuestos metálicos tales como el cobre o el plomo. El caso es que estos elementos logran adquirir la naturaleza de superconductores a temperaturas considerablemente más altas que las que necesitan los superconductores Tipo I.
Pero los estudios continúan, porque la razón de este dramático incremento en la temperatura de esos materiales no ha sido entendida aún en su totalidad. Aplicando una presión estándar, la temperatura más alta lograda por un compuesto que asume las características de un superconductor es de 135ºK, equivalentes a -138ºC, hasta el momento y ello ocurrió con superconductores de origen cerámico, que reciben el nombre de cupratos.
Características de los superconductores
Por la infinidad de sus aplicaciones científicas y prácticas, estos materiales superconductores resultan ser particularmente apreciados debido a que, al haber logrado deshacerse de su capacidad de resistencia eléctrica, no se produce en efecto calorífico y, como consecuencia, no existe merma de energía, de manera que los superconductores resultan ser extraordinariamente eficientes.
En teoría, si se abasteciera una pequeña corriente a un superconductor con el que se ha formado un circuito de tipo cerrado, la electricidad podrá circular de manera infinita a través del superconductor, sin que sea necesario que exista una fuente de alimentación adicional, convirtiendo al material superconductor en lo más parecido a un mecanismo de movimiento perpetuo.
Otra conclusión científica interesante a la que se ha llegado como consecuencia de la experimentación, es que constituye una característica distintiva de los superconductores que todos los que se encuentran clasificados en el Tipo I expelen de su interior el campo magnético, lo que se ha denominado efecto Meissner, y origina fenómenos tan interesantes y prácticos como la levitación.
Por el contrario, los superconductores que pertenecen al Tipo 2 admiten el paso del campo magnético a través de ellos.
Aplicaciones de los superconductores
Pero aún no se ha logrado obtener el superconductor eléctrico perfecto, de manera que para las científicos e investigadores la meta es lograr adquirir un material superconductor que pueda actuar a la temperatura del ambiente y que pueda ser utilizado en forma de cables o de cualquier otro elemento conectivo y además, que pueda ser producido a muy bajo costo, lo que actualmente representa un gran reto para la moderna ciencia.
En caso de que ello fuera posible, sus formas de ser aplicado serían fácilmente ilimitadas. Ello porque, en primer lugar, todos los dispositivos y elementos eléctricos se volverían más eficientes como consecuencia, y pudiendo lograrse una reducción considerable del consumo de energía eléctrica, pudiendo eliminarse el uso de plantas nucleares para su obtención.
Posibles beneficios a corto plazo
Otra importante aplicación se encuentra en el campo de la medicina, porque con un superconductor de esas características, se podría perfeccionar el modo en que funcionan los aparatos de resonancia magnética (MRI).
Igualmente sería posible y sencillo transportar la energía eléctrica a largas distancias, sin sufrir el efecto de merma por la dispersión en el entorno, siendo esta aplicación particularmente práctica y útil en materias relacionadas con energías renovables.
Finalmente, utilizando los superconductores Tipo I, en teoría se puede lograr que los objetos leviten, es decir, se mantengan en el aire sin ningún tipo de soporte, y ello se logra por medio de imanes superconductores, con lo cual estos materiales podrían dar paso a mejoras en los sistemas de transporte, convirtiéndolos en más veloces y eficientes, así como amigables con el ambiente, como podría ser el caso de trenes de alta velocidad.
El futuro de la superconductividad
Es cierto que algunas de las tecnologías vinculadas hoy a los superconductores probablemente aún no han pasado de ser una sencilla idea o un bosquejo, pero no se puede negar el empeño que han puesto los investigadores y científicos.
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Es innegable igualmente la inyección de dinero que han hecho los gobiernos y las universidades para que se hagan más investigaciones cada día y asegurarse de tener un sitio en esta maratón científica, en la cual el que obtenga el resultado ideal no sólo será reverenciado históricamente, sino que logrará convertir en el pilar del futuro desarrollo y progreso de la humanidad.