Superconductividad-levitacin

T E O R A E L E CT RO MAG NT ICA

Qu es superconductividad?

Es la capacidad intrnseca que poseen algunos materiales los cuales presentan resistencia cero y expulsin de campos magnticoscuando se encuentran debajo de una temperatura crtica ( Tc) caracterstica.

Descubrimiento

1913, Heike Kamerlingh Onnes, Holanda.

Premio Nobel Fsica

Observ que cuando se enfriaba el mercurio, su resistencia desapareca abruptamente a los 4.2K.

Resistencia < 106

Experimentos posteriores

Resistencia cero

En el MIT colocan corriente de cientos de Amperes en un anillo superconductor de plomo.

No hubo cambio en la magnitud de corriente por al menos 1 ao.

de un superconductor es menor que1026 m. (a temp. amb. cobre 108 m)

Campo y Temperatura crticos

Temperatura crtica o de transicin :

Pureza y cristalinidad del material.

Campo crtico :

Material y temperatura crtica.

Transicin de Conductor Superconductor

= 0 1

2 Curva termodinmica de transicin a un superconductor tipo 1

Corriente persistente

Una consecuencia de la corriente persistente es flujo magntico a travs del material constante.

= 0

=

( 0)

Ley de Faraday

LdI

dt= A

dB

dt LI + BA = constante

R=0

Flujo magntico total

Efecto Meisser

La induccin magntica dentro de un superconductor es cero.

Exclusin de flujo B=0

El superconductor se comporta como si tuvierapermeabilidad cero o diamagnetismo perfecto.

= 0 = 0 + = 0 1 +

=

0

= =

Susceptibilidad: = 1

Exclusin del campo

En el estado estacionario, el campo magntico interno es cancelado al haber corrientes de apantallamiento estacionarias que se oponen.

Diferencia entre conductor perfecto y superconductor.

Conductor perfecto y superconductor

Clasificacin

TIPO 1

Metales (Hg, Pb, Zn)

TIPO 2

Metales (Nb, V)

Aleaciones metlicas (NbN)

Cermicas de xidos metlicos (Ba(Pb,Bi)O3)

Propiedades de materialessuperconductores

Material [] [] Tipo

Aluminio 1.18 0.0105 I

Plomo 7.20 0.0803 I

Mercurio 4.15 0.0411 I

Estao 3.72 0.0305 I

Material , , []

Niobio 9.25 0.14, 0.42 II

Nb3Sn 18.0 0.017, 7.0 II

LaSrCuO4 38.5 0.15 - II

Bi2Sr2CaCu2O8 90 0.02, 60.0 II

Tl2Ba2Ca2Cu3O10 122 0.015, 100 II

Teoras de superconductividad

1924 W. H. Keesom - termodinmica para la transicin.

1934 Gorter y Casimir fenomenolgica, modelo de dos fluidos.

1935 F. y H. London Efecto Meisser. Ecuaciones de Maxwell.

1950 H. Frhlich Interaccin de electrones con la vibracin de tomos de la estructura cristalina. Efecto istopo.

1957 Bardeen, Cooper, Schrieffer Teora BCSteora ms aceptada

1966 J. Evetts y Josephson

Modelo de 2-fluidos

Ec. de movimiento de electrones

mdv

dt= E

Con la densidad de corriente J = nv se tiene:

=2

Pero si se tiene una corriente constante en un superconductor

= 0 = 0

Si no hay campo elctrico, no hay diferencia de potencia, y se tiene resistencia cero

Ecuaciones de London

Ecuaciones electrodinmicas de superconductores

Consistentes con el efecto Meisser. Predicen la forma en que el campo magntico y las corrientes de superficie varan con la distancia de la superficie del superconductor.

= 2

=2

Ecuaciones de London Efector Meisser

Usando la Ley de Ampere = 0

= 0

2

=

1

2

Donde =

02

1

2, longitud caracterstica profundidad de penetracin

Pero = 2, y como = 0

2 =1

2

2 =1

2

= 0ez

20nm

Que sea tan pequea indica que el campo estsiendo excludo. Efecto Meisser.

Teora BCS

Premio Nobel 1972

Dan aproximacin cuntica a la superconductividad, no tiene interpretacin clsica.

Si los electrones mviles metlicos interaccionan de forma atractiva unos con otros, entonces estos se van a condensar en un estado fundamental con:

1) un gap de energa en el espectro de excitacin electrnica

2) resistencia cero

3) El efecto Meisser

4) Una transicin de fase de segundo orden al estado metlico normal a una temperatura

Cmo pueden atraerse dos electrones?

Interaccin electrn-fonn. En la red con un catin se va a

deformar creando un rea de mayor densidad de carga positiva .

Pares Cooper

Resistencia elctrica

Temperatura crtica

Pares Cooper Superconductividad

Aplicaciones

Dificultad temperaturas criognicas.

Bi2Sr2CaCu2O8 (BSCCO), HTS

Levitacin magntica: Maglev(Superconducting Maglev, Japn)

Aplicaciones

MRI Imagen por resonancia magntica

Computacin cuntica

Cables evitar prdidas de energa

LHC

Sensores (SQUID)

Referencias

Gubser, Donald U. "Superconductivity: an emerging power-dense energy-efficient technology." Applied Superconductivity, IEEE Transactions on 14.4 (2004): 2037-2046.

Notas de clases MIT http://ocw.mit.edu/courses

www.superconductors.org

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1913/onnes-lecture.pdf

http://www.supraconductivite.fr

http://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/engineering-and-technology/engineering/superconductivity/content-section-3.5