¿Qué es la superconductividad?

La superconductividad es una parte interesante de la física que tiene usos en muchos factores de nuestras vidas. Si los científicos pudieran descubrir un superconductor de temperatura y presión ambiente, revolucionaría la tecnología. Desafortunadamente, esto ha demostrado ser una tarea muy difícil y puede que no sea posible en absoluto.

¿Qué es la superconductividad?

Un conductor eléctrico es un material que puede conducir electricidad. Cada material tiene su propia resistencia eléctrica que es una medida de su oposición al flujo de una corriente eléctrica. Un material con alta resistencia es un mal conductor y viceversa.

La superconductividad es un fenómeno físico en el que un material tiene cero resistencia eléctrica. En este estado, hay una serie de efectos interesantes y útiles. Un superconductor que no tiene resistencia significa que puede pasar una corriente eléctrica a través de él sin perder energía ni calentarlo. Esto puede permitir una transmisión y almacenamiento de energía perfectamente eficientes.

Los superconductores también pueden crear imanes excepcionalmente poderosos, ejemplos de esto se pueden encontrar en máquinas de resonancia magnética y en aceleradores de partículas. Los experimentos han demostrado que las corrientes eléctricas en estos imanes pueden persistir durante años sin una disminución mensurable de la fuerza. La investigación sugiere que la corriente sería estable durante al menos 100.000 años, y algunas estimaciones predicen que la corriente podría persistir durante más tiempo que la vida útil estimada del universo.

Cuando se colocan sobre un imán, los superconductores forman un campo magnético igual que repele el imán. Esto permite que los superconductores leviten perfectamente por encima o por debajo de un imán o incluso a lo largo de una pista de imanes.

Requisitos de superconductividad

Un material solo comienza a superconducir por debajo de cierta temperatura, donde su resistencia eléctrica cae repentinamente a cero. Desafortunadamente, todos los superconductores conocidos solo se vuelven superconductores a temperaturas extremadamente frías. Un superconductor de “alta temperatura” se define como un material que se comporta como un superconductor por encima de la temperatura del nitrógeno líquido (73K o -200 ° C). La temperatura exacta a la que la resistencia eléctrica de un material desciende a cero se denomina "temperatura crítica".

Consejo: Los elementos de la física particularmente fríos se miden generalmente en Kelvin (K). Un Kelvin equivale a un grado Celsius, pero la escala Kelvin comienza en el cero absoluto, o -273,15 ° C.

El superconductor de temperatura más alta descubierto, a partir de 2020, es Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127, que tiene una temperatura crítica de 138K o -135 ° C a una atmósfera de presión.

La temperatura no es el único factor importante en la superconductividad, la presión también juega un papel en varios superconductores. El sulfuro de hidrógeno (H2S) tiene una temperatura crítica de solo 203 K (-70 ° C) y el decahidruro de lantano (LAH10) tiene una temperatura crítica de 250 K (-23 ° C). Desafortunadamente, estos materiales necesitan estar a presiones increíblemente altas para volverse superconductores, con H2S necesitando 986,923 atmósferas de presión y LaH10 necesitando 1,677,770 atmósferas.

Consejo: la presión en esta escala generalmente se mide en GPa o Giga-pascales con números de 100 GPa y 170 GPa respectivamente. Para ayudar a que este valor sea más comprensible, se ha convertido en atmósferas. Una atmósfera de presión es la presión atmosférica media al nivel del mar en la Tierra. A modo de comparación, la presión en el punto más profundo de los océanos de la Tierra, el Challenger Deep en la fosa de las Marianas, es de 1.071 atmósferas a 10.994 metros bajo el nivel del mar.

Posibles usos futuros de los superconductores a temperatura ambiente

El término "superconductor a temperatura ambiente" se utiliza para referirse a materiales futuros potenciales que exhiben superconductividad a temperaturas superiores a 273 K o 0 ° C. Para ser particularmente útiles en el mundo real, estos materiales también tendrían que ser superconductores en o cerca de una atmósfera de presión.

Un superconductor a temperatura ambiente ayudaría a reducir los problemas energéticos del mundo al casi eliminar la energía eléctrica perdida durante la transmisión a larga distancia a través de líneas eléctricas. También permitirían computadoras más rápidas y dispositivos de almacenamiento de memoria junto con sensores científicos más sensibles. Sería mucho más barato hacer funcionar los imanes súper fuertes utilizados en dispositivos como aceleradores de partículas, máquinas de resonancia magnética, prototipos de reactores de fusión nuclear y trenes de levitación magnética, ya que los imanes no requerirían nitrógeno líquido para enfriar el superconductor lo suficiente para funcionar.