¿Qué son los superconductores?

Cuando hablamos de conductores eléctricos en general debemos enfrentarnos inevitablemente a considerar la resistencia que ofrecen los materiales a la corriente eléctrica, la cual se vuelve un factor determinante en el cálculo del calibre de estos conductores según la aplicación que se presente. Si esta resistencia no existiera o se redujera mucho más de lo que usualmente existe, entonces tendríamos un ahorro considerable en la generación, transformación, transmisión y distribución de la energía eléctrica a demás de que su uso se podría optimizar en muchas aplicaciones.
La realidad es que no hemos llegado a desarrollar conductores que trabajen con esas características a la temperatura del medio ambiente por mas frío que este sea, sin embargo si se han llegado a producir “superconductores” que tienen una resistencia drásticamente menor que un conductor normal a temperaturas muy bajas, cerca del cero absoluto (-273,25 oC)
Antes de entrar en la historia de los superconductores exploremos un poco sobre las escalas de temperatura y de entrada podemos hablar de la escala Celsius y de la escala Kelvin.
La escala Celsius (también conocida como escala centígrada) fue creada por Anders Celsius (físico y astrónomo Sueco -1701 a 1744-) El grado Celsius se representa °C y hasta 1954 se definió el valor 0 a la temperatura de congelación del agua y el valor 100 a la de temperatura de ebullición a 1 atmósfera de presión ambas medidas y dividiendo la escala resultante en 100 partes iguales, cada una de ellas definida como 1 grado.

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El Kelvin es la unidad de temperatura que creo un científico (físico matemático Británico -1824 a 1907-) de nombre William Thompson; se representa con la letra “K”, y nunca “ºK”. Además, su nombre no es el de “grado kelvin” sino simplemente “kelvin”; no se dice “19 grados Kelvin” sino “19 kelvin” o “19 K”. La importancia de esta escala radica en el cero, ya que corresponde al punto en que las moléculas y átomos de un sistema tienen la menor energía térmica posible estableciendo el 0 absoluto que corresponde a -273,25 °C.
Ahora bien, retomando el tema, la superconductividad se remonta a 1911 cuando un físico Holandés de nombre Heike Kamerlingh Onnes (1853 a 1923) desarrolló las primeras técnicas criogénicas para enfriar muestras de diferentes materiales hasta algunos grados por encima del cero absoluto, es decir a -273,24 oC; se dice que fue el primero en llevar al helio debajo de su punto de licuefacción (que es el cambio de estado gaseoso al líquido, por acción de la temperatura y el aumento de presión) a una temperatura de 4,2 K.
En aquellas épocas era conocido que la resistividad del los metales disminuye en proporción a la temperatura del mismo hasta unos 20 K y la siempre presente curiosidad en ser humano le llevó a preguntarse si este efecto continuaría a temperaturas mas bajas. En sus experimentos, Kamerlingh encontró que requería de materiales con una alta pureza por lo que selecciona el mercurio y observó que la resistencia eléctrica del mercurio adquiría un valor de cero cuando éste se enfriaba a una temperatura cercana al cero absoluto (4.2 grados Kelvin o menos 269 grados Celsius); se determinó que la temperatura a la que el material adquiría la propiedad de no oponer resistencia alguna al flujo de corriente eléctrica se llamaría Temperatura Crítica (Tc). De este modo se descubrió el fenómeno de la superconductividad, hecho que le mereció el premio Nobel de Física en 1913.
A partir ahí se realizaron investigaciones que permitieron observar que otros metales como el plomo (Pb) o el niobio (Nb) sufrían la misma transición a superconductores cuando se les sometía a temperaturas ligeramente mas altas que al mercurio y es a partir de 1930 que también se descubre el mismo comportamiento en algunas aleaciones de materiales a temperaturas cada vez mayores hasta que en 1973 la temperatura crítica mas elevada fué de 23,3 Kelvin en una aleación de niobio y germanio (Nb Ge).

Al la fecha se han logrado alguna aplicaciones con superconductores como las imágenes de resonancia magnética en medicina y en los aceleradores de partículas en el área de la física pero la que se considera de mas impacto es en los electroimanes que se usan para levitar un vehículo, por ejemplo trenes, para eliminar la fricción y alcanzar altas velocidades; los electroimanes pierden energía con el calor; utilizando superconductores, además de no perder energía en calor por su nula resistencia, el tamaño de los mismos disminuye notablemente.

En el plano médico, la resonancia magnética puede ser mejorada con un campo magnético más fuerte derivado de electroimanes superconductores

Electroimán utilizado para levitar un objeto

El tren experimental “maglev” MLX01, actualmente sometido a pruebas por el Instituto de Investigación Técnica del Ferrocarril de Japón (RTRI, por sus siglas en inglés), utiliza superconductores de baja temperatura “modelo antiguo” que requieren helio líquido como refrigerante. Los superconductores de alta temperatura pueden utilizar en cambio nitrógeno líquido, el cual es más barato, más abundante, y más fácil de manejar.