Física IV

Superconductividad Marco A. Merma Jara

http://mjfisica.netVersión 08.2015

Marco A. Merma Jara

Contenido

� Descubrimiento de la superconductividad� Teoría BCS� Efecto Meissner� Superconductores � Campo magnético critico� Ejercicios

� Referencias

Marco A. Merma Jara

Un Fenómeno del siglo XX

� 1911 � Heike Kamerlingh Onnes descubre la Superconductividad.

� 1933 � Walther Meissner y R. Ochsenfeld descubren el Efecto Meissner.

� 1957 � Bardeen, Cooper y Schrieffer desarrollaron la teoría BCS.

� 1962 � Josephson predijo el comportamiento de la unión Josephson.

� 1985 � Müller y Bednorz descubren la primera cerámica

superconductora (Tc=35 K).

� 1987 � Maw-Kuen Wu y Paul C. W. Chu descubren una cerámica

superconductora a 93 K

Marco A. Merma Jara

Aspecto Experimental

� 1911� Heike Kamerlingh Onnes

� En el estado superconductor � La resistencia eléctrica, en

corriente continua es � Exactamente cero� O al menos tan próximo al

cero

Marco A. Merma Jara

Superconductividad y Efecto Meissner

� 1957� Walther Meissner y R.

Ochsenfeld

• Efecto Meissner • En una esfera

superconductora enfriada • En presencia de un campo

magnético constante• Al llegar por debajo de la

temperatura de transición • Las líneas de inducción

son expulsadas al exterior de la esfera

Marco A. Merma Jara

� Se han observado fluir corrientes eléctricas sin atenuación en anillos superconductores durante mas de un año

Superconductores y corriente eléctrica

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Teoría BCS

� Los electrones interactúan con los fonones de la red formando los pares de Cooper.

� Los pares de Cooper al tener mayor energía se mueven mas libremente por el material.

� Esta libertad de movimiento se traduce en una ausencia de resistencia en el material.

� A medida que aumenta la temperatura aumentan las vibraciones rompiéndose el par de Cooper.

Electrones ligados = bosones

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Unión Josephson y Cerámicas Superconductoras

� Predicción de la Juntura entre materiales superconductores

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Tipos de Superconductores

� Bajas temperaturas críticas o clásicos:� Metales o aleaciones metálicas � Explicación

� Teoría BCS

� Altas temperaturas críticas: � Cerámicas � Explicación

� Sin teoría

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Búsqueda del superconductor de Temp. ambiente

� En esta búsqueda aparecen principalmente tres obstáculos:

� PrimeroDeslocalización de los vórtices� Solución:

� Fijar los vórtices mediante impurezas

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Búsqueda del superconductor de Temp. ambiente

� Segundo� Las cerámicas superconductoras solo pueden

transmitir una cantidad limitada de electricidad sin ofrecer resistencia

� Solución: � Alineación de las capas de cuprato

Marco A. Merma Jara

Búsqueda del superconductor de Temp. ambiente

� Tercero� Son cerámicas y por tanto frágiles y difíciles de manufacturar

en forma de cable.� Solución:

� Introducción de polvo de cerámica � Por ejemplo: en tubos de plata

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� Conducen la electricidad sin pérdidas.� No generan calor por efecto de la resistencia

eléctrica del material.� Capacidad para crear campos magnéticos

intensos.� Pueden utilizarse para hacer uniones

Josephson.

Propiedades

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� SQUID (Dispositivo Superconductor de Interferencia Cuántica).

Aplicaciones

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Aplicaciones

� Aparatos de formación de Imágenes por Resonancia Magnética.

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� Electrónica� Circuitos sin sistemas de disipación de calor y

uniones Josephson.

� Generación de campos magnéticos muy intensos

� Aisladores magnéticos.� Sistemas eléctricos de potencia.� Almacenamiento de energía

Aplicaciones

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Aplicaciones

� Investigación espacial.� Reacciones de fusión

nuclear.� Trenes de levitación

magnética.

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� Magnetic Lev itation� Los trenes de levitación magnética utilizan

básicamente tres sistemas independientes:

� Sistema de levitación.� Sistema de guía lateral.� Sistema de propulsión.

MAGLEV

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� Suspensión Electrodinámica (EDS)

� Suspensión Electromagnética (EMS)

Sistema de Levitación

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Sistema de Gu ía Lateral

� Se basa en bobinas superconductoras (EDS) � Que repelen el tren cuando

este se acerca demasiado a las guías laterales de las vías.

� EDS: Suspensión ElectroDinámica

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Sistema de Propulsión

� Este sistema utiliza una corriente alterna para crear una onda electromagnética que viaja por la guía junto al vehículo magnético.

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Referencias

� Física Universitaria, Vol II, 12va edición, Sears, Zemansky, Young, Fredmann, Addisson Longman, México, 1999

� Física, Vol II, Serway,Jewet, 7ma Edición, McGraw-Hill, 2009