Superconductores

Desde el descubrimiento de la superconductividad se ha trabajado mucho en este campo en la búsqueda de materiales superconductores a temperaturas lo más alta posible, en especial por encima de 77 K, que es la barrera del nitrógeno líquido, lo que permite que el proceso sea economicamente mas viable debido al menor coste del nitrógeno líquido comparado por ejemplo con los primeros descubrimientos con helio líquido. Lo importante del superconductor es que, como no ofrece resistencia, puede conducir indefinidamente la corriente eléctrica sin pérdida de energía. Muchos de los conductores de alta temperatura actuales contienen metales de las Tierras raras, por ejemplo existe un compuesto de itrio. En conreto, se trata de un oxido mixto donde itrio se encuentra junto con cobre y bario. Estos superconductores de alta temperatura son algo distintos a los de baja temperatura pues las lineas de flujo penetran y disipan algo de energía perdiendo parte de las ventajas de los superconductores de baja temperatura.

Hay dos tipos de superconductores los tipo I o perfectos y los tipo II o imperfectos. La característica principal de un conductor Tipo I es la total exclusion de un campo magnético de su interior, el conocido efecto Meissner. Para expulsar el campo del interior del material, el superconductor crea unas corrientes en la superficie denominadas corrientes de Apantallamiento, que solo aparecen cuando hay un campo externo, y que crea un campo opuesto al mismo, lo que implica que el campo en el interior del superconductor es nulo. Cuando se aumenta el campo se aumenta la magnetizacion en sentido opuesto, pero obviamente no indefinidamente y cuando se excede un valor critico de campo el material deja de comportarse como superconductor.

En los tipo II, hay un punto intermedio que cuando el campo externo pasa un primer valor de campo crítico las lineas de campo penetran algo en el material, hay una parte normal y una superconductora. El flujo penetra en cuantos de flujo a traves de pequeñas canlizaciones llamadas vortices. Si bien estos vórtices se deberían mover, la presencia de imperfecciones en la red hacen que se anclen. Obviamente si seguimos aumentando el campo y se pasa un segundo valor de campo critico, el supercoductor deja de comportarse como tal.

Todo esto es importante para explicar la levitación. En el caso de imanes permanentes la levitación es inestable mientras que cuando se manejan superconductores se convierte en un sistema totalmente estable. Así cuando acercamos un iman a un superconductor tipo II, el campo magnético del imán al principio no penetra en su interior, se generan unas corrientes de apantallamiento que repelen el campo, por lo tanto aparece una fuerza de repulsión entre ellos. Si forzamos la situación y seguimos acercando el imán llegará un momento que se supere el punto crítico y por tanto penetra el campo en el superconductor. Y si acercamos más el imán el campo que se introduce en el superconductor queda atrapado debido al anclaje de los vórtices y cuando ahora se quiere separar el iman al estar el campo atrapado se genera una tensión magnetica que se traduce en una atracción mutua. Y esta situación es estable donde incluso vuelve al estado de equilibrio despues de una perturbación.

En el siguiente video se explica perfectamente todos estos efectos. El video aunque al principio parece un video discotequero vereis como es de gran utilidad para entender el comportamiento de este tipo de materiales.

y en este otro como seria un tren levitando, un posible tren del futuro