Tercera Cultura
comentarios 3

Superconductividad: 100 aniversario

Autores: Equipo de divulgación científica de Eureka!

La superconductividad se usa en muchas aplicaciones médicas

La resistencia eléctrica, como su nombre sugiere, es la propiedad de un material que nos indica hasta qué punto se «resiste» a que por él pase la electricidad. Si conduce muy bien la electricidad –por ejemplo el cobre– tiene muy poca resistencia. Si conduce muy mal la electricidad –por ejemplo el vidrio– estamos ante un material que tiene una gran resistencia eléctrica.

La resistencia eléctrica de un material depende de muchos factores, por ejemplo su pureza, presión o temperatura. En 1908 Heike Hamerling Onnes hizo algo sumamente difícil: conseguir que el gas helio se convirtiera en líquido. Para ello tuvo que llegar a la increíble temperatura de 4 grados por encima del cero absoluto (4 K). El cero absoluto es la menor temperatura que se puede alcanzar y el helio, a presión atmosférica, se licua a tan solo cuatro grados por encima del mismo.

Los años siguientes los dedicó a ver cómo variaba la resistencia con la temperatura. Para hacerlo eligió un metal conductor que es líquido a temperatura ambiente: el mercurio. Lo que fue observando es que la resistencia –a partir de ahora siempre que digamos resistencia, entiéndase resistencia eléctrica– disminuía con la temperatura. Hasta ahí nada nuevo, todo estaba de acuerdo con lo esperado. La sorpresa surgió el 8 de abril de 1911, cuando midieron la resistencia a 4 K. En ese momento, de repente, la resistencia cayó a 0. Es decir, no había resistencia. El mercurio a esa temperatura era un conductor perfecto.

La electricidad no es nada más que el movimiento de los electrones. En un conductor normal, por ejemplo cobre, si hago que los electrones circulen mediante una pila, al desenchufar la misma, la corriente cae inmediatamente. En un superconductor no pasa eso: al desenchufar, los electrones siguen dando vueltas, y vueltas, y vueltas,… en teoría eternamente.

No cabe duda de que es un fenómeno raro que nadie en aquella época fue capaz de explicar. Hicieron falta cincuenta años para que John Bardeen, Leon Copper y Robert Schrieffer –en 1957– elaborasen una teoría que explicaba el funcionamiento. A dicha teoría se le conoce como BCS –las iniciales de los apellidos– y a sus promotores les valió el premio Nobel. Dicho sea de paso para Bardeen era su segundo premio Nobel, pues el primero se lo concedieron por formar parte del equipo que inventó el transistor.

La teoría explicaba muy bien el funcionamiento de superconductores como el mercurio, el plomo o el aluminio, pero no era capaz de explicar otro tipo de superconductores. Concretamente no era capaz de hacerlo para un gran hito de 1986: se consiguió la superconductividad a 30 K que es una temperatura muy alta y muy interesante, pues es mucho más fácil de conseguir que el helio líquido. Y la cosa no acabó ahí sino que al año siguiente se consiguió un superconductor –conocido como YBCO– que funcionaba a la «altísima» temperatura de 93 K. En 1993 se logró que funcionase a 135 K y a mucha presión se logra que funcione a 150 K.

Hoy por hoy nos encontramos con que no tenemos una teoría que explique este comportamiento.

Aunque no sepamos por qué funcionan, lo que sí sabemos es que lo hacen y no solo lo sabemos sino que lo utilizamos. Por ejemplo, todos hemos oído hablar de la imagen por Resonancia Magnética, y muchos de los lectores seguro que se han hecho alguna. Pues bien, para detectar los débiles campos magnéticos del núcleo de hidrógeno y crear las imágenes, se utilizan superconductores.

Probablemente la mayoría de los lectores hayan visto alguna vez una fotografía de lo que se activa en el cerebro cuando se hace una cierta tarea. Esa técnica se llama fMRI (Imagen por Resonancia Magnética funcional) y utiliza superconductores.

El famoso LHC –Gran Colisionador de Hadrones– del CERN, el reactor de fusión nuclear ITER que se construye en Caradache –Francia–, o los trenes de levitación magnética que se construyen en Japón utilizan superconductividad.

Equipo de fMRI. Foto Steven Laureys. Picasa. CC

Equipo de fMRI. Foto Steven Laureys. Picasa. CC


La avería del LHC

El LHC (Gran Colisionador de Hadrones) que está funcionando en el CERN en Ginebra tuvo un arranque malo. Es un anillo de 27 km de circunferencia en los que se aceleran partículas cargadas –por ejemplo protones– y después de los hace chocar.

Para acelerar las partículas se utilizan potentísimos campos magnéticos que se consiguen con unos enormes electroimanes. Para conseguir las intensidades necesarias la única solución es utilizar superconductores, de otra forma, al pasar tal cantidad de electricidad se quemarían. El material empleado exige que la temperatura de funcionamiento esté en torno a la del helio líquido (4 K). Para lograrlo hay enormes congeladores. De hecho, 27 km de congeladores para enfriar los 1 232 electroimanes.

Cuando arrancó, en septiembre de 2008, hubo una avería. Un electroimán falló y el problema se propagó a otros cien. Hubo que desconectar y esperar a que se calentara pues nadie podía entrar a reparar nada a esas temperaturas. Por eso la reparación costó un año.

LHC en 2010. Foto Carlos Portela. Picasa. CC

Cambio de conductividad del agua

La electricidad y el agua se llevan muy mal debido a que el agua común, la que sale del grifo, conduce la electricidad. Sin embargo el agua destilada es totalmente aislante; es decir tiene una resistencia muy alta.

Hoy te proponemos un experimento para que veas cómo cambia la resistencia del agua simplemente añadiéndole sal.

Para hacerlo necesitas un polímetro (multímetro) que mida resistencias (ohmios Ω). Prácticamente todos los hacen, hasta el más sencillo y es muy probable que en tu casa tengas uno.

Llena un vaso redondo con agua del grifo. Pon las puntas del polímetro en bordes opuestos del vaso. Mide la resistencia y apúntala. A continuación echas sal común y vuelves a hacer la medida, verás que la resistencia ha disminuido mucho; o dicho de otro modo: la sal hace que el agua sea conductora.

La razón de que el agua del grifo sea conductora y que se lleve mal con la electricidad es que tiene disueltas sales. Si fuera agua destilada podríamos poner en ella un objeto eléctrico enchufado y no pasaría nada.

Polímetro midiendo la resistencia del agua. Cuando se disuelve sal en el agua, la resistencia disminuye drásticamente. Foto de eureka! Puede utilizarse libremente mencionando al autor.

Polímetro midiendo la resistencia del agua. Cuando se disuelve sal en el agua, la resistencia disminuye drásticamente. Foto de eureka! Puede utilizarse libremente mencionando al autor.

3 Comentarios

  1. Nestor Mayer says

    Entiendo que al final del cuarto párrafo, faltaría la frase «siempre que se mantenga el circuito cerrado»

  2. ¿Cuál es la fórmula para calcular la resistencia eléctrica de agua con sal, considerando la cantidad de mol?

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *