Superconductividad

Física de partículas. Heike Kamerlingh Onnes. Superconductores. Electricidad. Uniones Josephson. Efecto Meissner. Aplicaciones

  • Enviado por: Cristina Maldonado
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 9 páginas
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UNIVERSIDAD DEL VALLE DE MEXICO

SUPERCONDUCTIVIDAD

EL UMBRAL DE UNA NUEVA TECNOLOGÍA

Bachillerato SEP

2° SEMESTRE

21T

¿QUÉ ES LA SUPERCONDUCTIVIDAD?

La superconductividad promete influir en nuestras vidas.

Un transistor por si solo no es mas que una mera curiosidad científica, pero si se combina con otros transistores y otros elementos para hacer un producto se hace indispensable.

La superconductividad se descubrió en 1911.

Ya existen muchos dispositivos que utilizan superconductores.

LA RESPUESTA

La superconductividad fue descubierta por un físico holandés, Heyke Kamerlingh Onnes.

La electricidad es sencillamente un fenómeno producido por un flujo de electrones, se denomina corriente, el material en el que fluyen los electrones se denomina conductor.

El cobre es un conductor excelente, pero no es el único. El aluminio, la plata y el oro son también excelentes conductores.

Buenos conductores, se denominan no conductores o aislantes.

Conducen la electricidad pero no lo hacen también, se llaman semiconductores.

La resistencia es una impedancia u obstáculo al flujo de electricidad.

Con la aparición de la superconductividad se desarrollo una nueva familia de materiales: los superconductores son unos materiales capaces de permitir el paso de la corriente eléctrica presentando una resistencia prácticamente nula.

SUBIENDO LAS TEMPERATURAS

Hacia 1933la temperatura critica fue duplicada a 10°K no fue hasta 1969 cuando la temperatura critica volvió a duplicarse nuevamente, alcanzando los 20°K este avance fue muy importante, puesto que el hidrógeno se licua a 20°K.

Cuatro años mas tarde, en 1973 la temperatura critica subió pocos grados mas a 23°K. Finalmente en 1986 dos investigadores DIBM en Zurcí anunciaron haber conseguido subir la temperatura critica a 30°K.

En febrero de 1987 Ching-Wu (paul) Chu anunciaron haber logrado subir la temperatura a 98°K.

La carrera de la temperatura critica aun no ha terminado. Los científicos sueñan con los superconductores a temperatura ambiente. La temperatura ambiente esta entorno a los 293°K, han anunciado ya temperaturas superiores.

LAS APLICACIONES

Los superconductores ofrecen cuatro grandes ventajas sobre los conductores normales que podrían ser explotadas en muchas aplicaciones.

  • Los superconductores conducen electricidad sin perdida de energía.

  • No tienen resistencia y no generan calor cuando se hace pasar corriente eléctrica por ellos.

  • Es su capacidad para crear campos magnéticos intensos.

  • Pueden utilizarse para formar uniones Josephson.

  • Las uniones Josephson son conmutadores superconductores. Su funcionamiento es similar al de un transistor, pero es capaz de conmutar a una velocidad 100 veces mayor.

    TECNOLOGÍA DE SUPERCONDUCTORES

    ELECTRICIDAD BASICA

    El electrón es una partícula elemental que se encuentra en todos los materiales, están enlazados con protones , otra partícula elemental.

    Los materiales tiene que exceso de electrones están cargados negativamente, los que tienen defecto de electrones están cargados positivamente. Los que tienen el mismo numero de electrones que de protones se denominan neutros.

    ESTRUCTURA ATOMICA

    Él numero de protones en el núcleo determina el tipo de material(elemento).

    La capa más próxima al núcleo es entr. Almacenar 2 electrones, la siguiente 8 y la siguiente 18.

    EL EFECTO MEISSNER.

    Si un superconductor se refrigera por debajo de su temperatura critica en el seno de un campo magnético el campo rodea al superconductor, pero no penetra en él, fue descubierto en 1933.

    Tomando como criterio la capacidad de un superconductor para repelar un campo magnético, es posible clasificar los superconductores en dos tipos: Tipo 1: son simples metales puros, Tipo 2 se comportan de una forma ligeramente distinta, son materiales mas complejos y existe un segundo campo crítico más intenso que el primero.

    DENSIDAD DE CORRIENTE

    El paso de una corriente intensa a través de un superconductor también puede ser que este pierda sus propiedades.

    La mayor parte de los conductores normales, como el cobre, son isótropos, es decir, conducen la corriente con igual facilidad enbtodas las direcciones.

    EL EFECTO JOSEPHSON

    Esta basado en otro fenómeno que recibe el nombre de efecto túnel.

    La teoría PCS afirma que los electrones se fluyen a través de un superconductor, se agrupan en pares llamados de cooper.

    Estos pares electrónicos se producen debido a los fonones que crean una especie de pegamento subatómico.

    El cero absoluto es el punto al cuál desaparecen todas las vibraciones atómicas aun no existe una explicación ampliamente aceptada de porque se produce superconductividad a alta temperatura.

    FRABRICACION DE SUPERCONDUCTORES

    SUPERCONDUCTORES COMERCIALES

    Existen en dos grandes tipos de superconductores comerciales: las aleaciones dúctiles y los compuestos ínter metálicos.

    LABORATORIO

    Los científicos de Argonne National Laboratory en Argonne, fueron los primeros investigadores americanos en dar a los nuevos superconductores la forma de un hilo.

    APLICACIONES DE LA SUPERCONDUCTIVIDAD

    SUPERCOPNDUCTIVIDAD Y SISTEMAS DE POTENCIA

    ELECTRICIDAD INDUSTRIAL

    Los generadores están compuestos en dos partes fundamentales: un inductor y un inducido.

    El inducido esta formado por los conductores en los que se induce la electricidad y el inductor él la estructura que genera el campo magnético y en cuyos senos se mueve el inducido.

    GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD

    La construcción de un generados superconductor exige que los devanados del rotor deben permanecer fijo frente a las intensas fuerzas mecánicas y eléctricas a que están sometidos lo que supone un autentico desafió.

    ALMACENAMIENTO DE ELECTRICIDAD

    Aun no existe ninguna técnica eficiente que permita almacenar grandes cantidades de electricidad. Por esta causa las compañías eléctricas deben estudiar la cantidad de energía que se consume en determinado periodo de tiempo.

    DISTRIBUCIÓN DE ELECTRICIDAD

    Una vez que la electricidad a sido generada debe distribuirse a los consumidores, la distribución se realiza mediante una red de líneas eléctricas de distintos tipos desde alta tensión que transporta a lo largo de grandes distancias.

    CONSUMO DE ELECTRICIDAD

    De la superconductividad también los electrodomésticos se beneficiaran.

    SUPERCONDUCTIVIDAD Y ELECTRÓNICA

    Los ordenadores y otros dispositivos electrónicos no serian posibles sus avances tecnológicos sin el transistor y el circuito integrado.el transistor es el circuito integrado que a permitido a el ing. diseñar dispositivos cada vez más complejos reduciendo tamaños y costos de los productos electrónicos.

    La superconductividad puede facilitar importantes avances tecnológicos en la industria electrónica ocupando un puesto de honor junto al transistor y el circuito integrado.

    EL TRANSITOR.

    El transistor fue descubierto por un equipo de científicos de los laboratorios de Bell telefon, el transitor se utiliza para controlar el flujo de la corriente y esta echo de materiales semiconductores.

    EL CIRCUITO INTEGRADO

    En 1958 un investigador de Texas Instrumen llamado JACK KIRBY construyo el primer circuito integrado(ic)manipulando los componentes semiconductores antes de que fueran recubiertos con su carcaza protectora, Kirby los convino con un sustrato base, y después hizo diminutas conexiones para algunos componentes, formando un circuito censillo pero completo.

    SUPERCONDUCTIVIDAD

    Promete adelantos muy significativos en la industria electrónica

    INTERCONEXIONES

    Los componentes de los circuitos integrado son capaces de operar a velocidades superiores a las de una interconexión, puede transmitir señal eléctrica de un componente a otro. Las interconexiones llevan señal y potencia eléctricas a los distintos componentes de ic.

    UNIONES JOSEPHSON

    Fueron creadas en 1962 por un científico británico llamado Brian Josephson, una unión consiste en dos superconductores separados por una delgada barra aislante bajo determinadas condiciones de operación los electrones pueden atravesar a la barrera ahilaste produciendo una sobre intensidad de corriente, pueden emplearse como conmutadores electrónicos.

    HYPRES

    Es una empresa fundad poco después de que IBM abandonara sus investigaciones en Uniones Josephson

    LA SUPERCONDUCTIVIDAD ENJ CIENCIA Y MEDICINA

    Los dispositivos desarrollados hasta ahora han dado lugar a avances importantes en la comprensión científica de la superconductividad y los que están en fase de desarrollo prometen enseñarnos mucho mas.

    En la ciencia de la superconductividad se emplea en investigaciones teóricas y aplicadas al igual que en instrumental de laboratorio y otros dispositivos.

    FÍSICA DE ALTAS ENERGIAS

    También conocida como física de partículas es la más fundamental de las ciencias intenta descubrir y comprender la naturaleza de las partículas elementales que son los componentes básicos de toda materia.

    La primera maquina que se empleo fue el acelerador de partículas, es un dispositivo que sirve para acelerar partículas eléctricamente cargadas (electrones y protones) mediante campos magnéticos la mayoría son de forma circular y tienen muchos anillos electromagnéticos.

    MASS DRIVERS

    Otra aplicación que ofrece la superconductividad que funcionan de modo similar a los aceleradores de partículas. Y se emplean para acelerar objetos a grandes velocidades.

    FUSION

    Algunos científicos e investigadores ven una fuente de energía alternativa y la superconductividad desempeñara un papel estelar en hacer posible la generación de energía por fusión. Se produce cuando dos átomos ligeros se unen o fusionan para formar un átomo mas pesado, liberándose energía en el proceso. Las reacciones de fusión se llaman también termonucleares, debido a que solo pueden prodicsi en orden de cien millones de grados Celsius.

    AIALADORESMAGNETICOS

    Las aplicaciones científicas de la superconductividad hasta ahora estudiadas han sido de naturaleza experimental. Esta sección describe una herramienta practica de laboratorio que ya esta e uso: el aislador magnético que se utiliza para aislar un mineral u otra sustancia determinada basándose en su densidad y propiedades magnéticas.

    EQUIDs

    Es el acronomo de superconducting quantum interferance (dispositivo de superconductor de interferencia cuantica) consta de dos uniones Josephson acopladas formando un anillo y es el dispositivo más censillo que se conoce para medir campos magnéticos a causa de eso se le llama magnetómetro.

    MRI

    Son las siglas de magnetic resonace imagin u obtención de imágenes por resonancia magnética. Funciona aplicando al cuerpo humano u campo magnético intenso generando una bobina electromagnética superconductora cuando el cuerpo humano se expone a este campo las moléculas del agua y los tejidos se orientas siguiendo la dirección del campo, se aplica entonces un pulso de radiondas con la frecuencia de resonancia apropiada haciendo que los átomos pasen a estados excitados.

    SUPERCONDUCTIVIDAD Y TRANSPORTES

    TRENES MAGLEV

    Los primeros funcionaban mediante el vapor de combustión de madera y luego de carbón, actualmente son impulsados normalmente por maquinas diesel, sin embargo sé esta extendiendo cada vez mas el método de propulsión mucho más moderno: la propulsión Maglev.

    COCHES Y BARCOS ELÉCTRICOS

    Los motores eléctricos y superconductores también podrían encontrar aplicaciones en otros medios de transporte.

    SUPERCONDUCTIVIDAD Y DEFENSA

    Existen varias aplicaciones militares.

    MOTORES

    Podrían ser ideales en aviones y submarinos y su diseño extremadamente simple eliminaría muchas partes móviles de los ingenios actuales serian mucho más silencioso que los convencionales y por tanto harían mucho más difícil la detección.

    SUPERCONDUCTIVIDAD PRESENTE Y FUTURO

    La superconductividad promete el desarrollo de una industria tecnológica cada vez más importante. Es una insipiente tecnológica que esta cambiando constantemente considerada por muchos como la ciencia destinada a jugar u papel prominente en la alta tecnología del siglo XXI

    Las linease investigación actuales en los avances de la superconductividad suceden vertiginosamente a cada momento anuncian un nuevo descubrimiento por parte de algún laboratorio