Vols saber què són els superconductors? D'on ve la facultat per transportar l'energia? Quines són les característiques que els fan adequats perquè els electrons circulin amb la menor resistència? Queda't amb nosaltres i coneix-ho tot.
Els superconductors, bé sigui d'origen artificial o d'origen natural poden ser de dues classes, això dependrà de si tenen o no la capacitat de poder transportar electricitat. D'una banda es troben els denominats conductors, entre els quals hi ha metalls com el coure (Cu), la plata (Ag) i l'or (Au). Aquests metalls són permeables als electrons, ja que poden circular de forma lliure, transportant-hi la càrrega elèctrica.
D'altra banda, la classe de materials que reben el nom d'aïllants, com és el cas de la fusta o el cautxú, els quals impedeixen el traspàs d'electrons i el traspàs del flux del corrent elèctric a través dels seus cossos.
Materials superconductors
Encara que els metalls usualment són bons conductors d'energia, l'energia cinètica continguda en el flux constant dels electrons ocasiona que els àtoms del material que fungi com a conductor vibrin i es produeixen col·lisions amb aquests, cosa que dóna lloc a que augmenti la temperatura al cos del conductor, augmentant alhora la seva resistència al flux elèctric, impedint la seva transmissió normal, produint una pèrdua d'energia en forma de calor.
Aquest minvament de calor, que es perd per una seqüela Joule, en alguns casos no és un resultat desitjat, perquè impedeix que es produeixi rendibilitat i no és pràctic. A causa d'això, diversos investigadors han encausat la seva feina cap a l'anàlisi del prodigi del superconductor, quins són els materials superconductors, i com poder emprar-los en benefici dels éssers humans i la societat.
Què és la superconductivitat?
S'anomena superconductivitat a l'efecte científic que es produeix quan un material conductor dissipa totalment la seva capacitat de resistir a l'electricitat aconseguint mantenir-se a una temperatura propera al zero absolut, que és l'equivalent a -237ºC, però la temperatura en la qual un material conductor es converteix en un superconductor es modifica segons el tipus de material de què es tracti. Coneix també la Teoria Quàntica de Planck.
A aquest fenomen se li ha posat el nom de temperatura crítica o temperatura de transició. Aquesta relació va ser descoberta l'any de 1911, a la Universitat de Leiden pel físic holandès HK Onnes, el mateix que als dos anys següents, el 1913, li va ser concedit el Premi Nobel de Física.
Aleshores què són els superconductors?
Entesa la definició de la superconductivitat, podem inferir que un superconductor és, en essència, un material que ha patit un procediment pel qual ha estat disminuïda en forma sensible la seva temperatura, per a això de forma comuna s'usen elements com el nitrogen en forma líquida o l'heli, amb tal gradació que s'ha aconseguit fer mutar les seves propietats elèctriques, eliminant totalment la seva resistència a la transferència de corrent.
Classificació dels superconductors
Els materials superconductors es poden dividir en dos tipus:
Superconductors tipus I
Són aquells que inicialment han estat elements conductors bàsics perquè solen utilitzar-se per a la fabricació de tots els elements que requereixen per transportar electricitat, començant per un cable d'electricitat i podent acabar en un microxip de qualsevol ordinador.
Gràcies als avenços i l'experimentació, avui els superconductors Tipus I han aconseguit temperatures crítiques situades entre els 0.000325ºK i 7.8ºK a una pressió estàndard de 1bar o 0.986 923 27 atm. Diversos superconductors Tipus I addicionalment a necessitar temperatures considerablement baixes, requereixen ser sotmesos a pressions descomunals.
Això és el que passa amb el Sofre, que requereix una temperatura de 17ºK, cosa que es tradueix a -256.15ºC, i una pressió constant de 9.3 milions d'atm, de manera que pugui adquirir la qualitat de la superconductivitat.
Però el que és veritablement important és que s'ha aconseguit establir que un cinquanta per cent dels elements continguts a la taula periòdica poden arribar a convertir-se en superconductors, si donen les circumstàncies adequades de temperatura i pressió.
Superconductors tipus II
Aquesta classificació està integrada per compostos metàl·lics com ara el coure o el plom. El cas és que aquests elements aconsegueixen adquirir la naturalesa de superconductors a temperatures considerablement més altes que les que necessiten els superconductors Tipus I.
Però els estudis continuen, perquè la raó d'aquest dramàtic increment en la temperatura d'aquests materials encara no ha estat entesa en la seva totalitat. Aplicant una pressió estàndard, la temperatura més alta aconseguida per un compost que assumeix les característiques d'un superconductor és de 135ºK, equivalents a -138ºC, fins ara i això va passar amb superconductors d'origen ceràmic, que reben el nom de cuprats.
Característiques dels superconductors
Per la infinitat de les seves aplicacions científiques i pràctiques, aquests materials superconductors resulten ser particularment apreciats pel fet que, en haver aconseguit desfer-se de la seva capacitat de resistència elèctrica, no es produeix en efecte calorífic i, com a conseqüència, no existeix minva denergia, de manera que els superconductors resulten ser extraordinàriament eficients.
En teoria, si s'abastís un petit corrent a un superconductor amb què s'ha format un circuit de tipus tancat, l'electricitat podrà circular de manera infinita a través del superconductor, sense que calgui que hi hagi una font d'alimentació addicional, convertint-la material superconductor pel més semblant a un mecanisme de moviment perpetu.
Una altra conclusió científica interessant a què s'ha arribat com a conseqüència de l'experimentació és que constitueix una característica distintiva dels superconductors que tots els que es troben classificats al Tipus I expel·len del seu interior el camp magnètic, el que s'ha denominat efecte Meissner, i origina fenòmens tan interessants i pràctics com la levitació. Coneix més sobre el tema a la nostra secció de propietats dels superconductors.
Per contra, els superconductors que pertanyen al Tipus 2 admeten el pas del camp magnètic a través seu.
Aplicacions dels superconductors
Però encara no s'ha aconseguit obtenir el superconductor elèctric perfecte, de manera que per als científics i investigadors la meta és assolir adquirir un material superconductor que pugui actuar a la temperatura de l'ambient i que pugui ser utilitzat en forma de cables o de qualsevol altre element connectiu ia més, que pugui ser produït a molt baix cost, cosa que actualment representa un gran repte per a la moderna ciència.
En cas que això fos possible, les seves maneres de ser aplicat serien fàcilment il·limitades. Això perquè, en primer lloc, tots els dispositius i elements elèctrics es tornarien més eficients com a conseqüència, i es podria aconseguir una reducció considerable del consum d'energia elèctrica, i es podria eliminar l'ús de plantes nuclears per obtenir-les. Consulta més informació sobre el impacte dels superconductors a l'energia.
Possibles beneficis a curt termini
Una altra important aplicació es troba al camp de la medicina, perquè amb un superconductor d'aquestes característiques, es podria perfeccionar la manera com funcionen els aparells de ressonància magnètica (MRI).
Igualment seria possible i senzill transportar l'energia elèctrica a llargues distàncies, sense patir l'efecte de minvament per la dispersió a l'entorn, i aquesta aplicació és particularment pràctica i útil en matèries relacionades amb energies renovables.
Finalment, utilitzant els superconductors Tipus I, en teoria es pot aconseguir que els objectes levitin, és a dir, es mantinguin a l'aire sense cap mena de suport, i això s'aconsegueix per mitjà de imants superconductors, amb això aquests materials podrien donar pas a millores en els sistemes de transport, convertint-los en més veloços i eficients, així com amigables amb l'ambient, com podria ser el cas de trens d'alta velocitat.
El futur de la superconductivitat
És cert que algunes de les tecnologies vinculades avui als superconductors probablement encara no han passat de ser una senzilla idea o un esbós, però no es pot negar l'afany que han posat els investigadors i científics.
També us convidem veure: Aportacions de Blaise Pascal
És innegable igualment la injecció de diners que han fet els governs i les universitats perquè es facin més investigacions cada dia i assegurar-se de tenir un lloc en aquesta marató científica, en què el que obtingui el resultat ideal no només serà reverenciat històricament, sinó que aconseguirà convertir en el pilar del futur desenvolupament i progrés de la humanitat.
