MODELO DE TREN SUPERCONDUCTOR

El Profesor Arturo Talledo y sus colaboradoras

La propiedad que define a los materiales superconductores y que fue descubierta en 1911 por H.K. Onnes, es su conductividad eléctrica infinita, es decir, su resistencia eléctrica es cero. Esto significa que se puede mantener una corriente eléctrica sin aplicar un voltaje y se puede transmitir energía a grandes distancias sin pérdidas por disipación de calor.

En 1933 dos científicos alemanes (Meissner y Ochsenfeld) descubrieron otra propiedad aún más fascinante de los materiales superconductores: son perfectamente diamagnéticos, es decir, repelen a cualquier imán que se les acerque. La consecuencia más importante de esta propiedad de la materia es que un imán puede levitar en presencia de un superconductor y viceversa un trozo de material superconductor puede levitar en presencia de un imán. A este fenómeno se le conoce en Física como el efecto Meissner.

La razón por la cual estas aplicaciones no son todavía cotidianas es que los materiales conocidos hasta ahora son superconductores sólo a muy bajas temperaturas, los de primera generación, descubiertos en la primera mitad del siglo XX eran superconductores sólo a temperaturas por debajo de 50K (2680C bajo cero) y los de segunda generación, descubiertos a partir de 1986, son superconductores a 1000 K (1700C bajo cero).

No hay aún una teoría que explique la superconductividad de los superconductores de segunda generación, pero la teoría que explica la superconductividad de los superconductores de primera generación es tan fascinante como los experimentos con superconductores. Esta teoría se basa en la atracción entre electrones.

Dos cargas puntuales de igual signo en el vacío se repelen con fuerzas dada por la ley de Coulomb:

Dentro de un material aislante dos cargas puntuales iguales se repelen con fuerzas coulombianas también pero incluyendo un factor en el denominador que se llama permitividad relativa o simlemente constante dieléctrica K.

En un metal, los electrones de valencia son libres de moverse por todo el volumen interno del metal como si fueran moléculas de un gas y cuando un electrón pasa cerca de otro normalmente se repelen, pero por debajo de la temperatura de transición que los convierte en superconductores, los electrones del metal no se repelen sino que se traen, es decir la permitividad relativa toma valores negativos, Esta atracción los mantiene unidos para formar una especie de molécula de electrones dentro del metal. Estas moléculas se llaman pares de Cooper.

La resistencia cero de los superconductores es explicada por la capacidad que tienen los pares de Cooper de desplazarse por todo el volumen interno del metal sin chocar con los iones positivos de su red cristalina.

El efecto Meissner es explicado porque cualquier campo magnético que se acerque al superconductor crea una corriente en su superficie (efecto Faraday !) que a su vez se opone al campo magnético que la originó. Algo así como cuando un campo electrostático se acerca a un metal y se crea una redistribución de electrones que impide que los campos electrostáticos penetren al metal.

Estos son los fundamentos para que un cuerpo se levante sobre un riel magnético y podamos soñar en el futuro con un tren superconductor de transporte masivo sin contaminación ambiental y con consumo mínimo de energía. Los invitamos a observar el video donde se muestra un modelo de tren superconductor sobre riel magnético.

Video (wmv)