¿Qué es la superconductividad y cómo puede cambiar tu vida?

Buenas! Esta semana el tema elegido en la encuesta ha sido la superconductividad por lo que voy a comentar este tema y qué ventajas puede aportar a tu vida. Empezamos!

¿Qué es la superconductividad?

Se denomina superconductor al material que es capaz de transportar la corriente eléctrica sin ofrecer resistencia. Esto supone que no hay que gastar energía para transportar esos electrones, convirtiéndose en un gran aliado para el ahorro y la eficiencia energética. Esta corriente permite transmitir energía sin gasto energético, lo que representa el efecto más espectacular de este tipo de materiales. Debido a que la cantidad de electrones superconductores es finita, la corriente que puede soportar el material es limitada. Por tanto, existe una corriente crítica a partir de la cual el material deja de ser superconductor y comienza a calentarse.

Empleando estos superconductores, el transporte de electricidad desde las centrales de producción (o el transformador más cercano) a tu casa sería prácticamente a coste cero (quitando el mantenimiento), tus aparatos eléctricos apenas gastarían electricidad ni se calentarían como si tuvieran un dragón dentro (excepto que necesiten tecnología de semiconductores, entonces no queda más remedio). 

Otro de los efectos de los superconductores es la propiedad de "repeler" los campos magnéticos, rechazando sus líneas de campo, (conocido como efecto Meissner). Este es uno de los efectos más visuales de los superconductores, ya que repele todo tipo de imanes. Además, si se acercan un imán y un superconductor hasta introducir este último en su campo, quedará siempre a la misma distancia debido a que el imán también crea un campo magnético al lado opuesto del superconductor, conocido como el efecto spin-lock. Esto hace que aunque se ponga boca abajo, no se caiga.

Os dejo un pequeño video donde se explica y se observan estos dos fenómenos (está en inglés pero se le pueden poner subtítulos en latino).

¿Dónde se usan estos superconductores y por qué no son de uso común?

Estos superconductores actualmente son utilizados principalmente como superimanes, debido a que son capaces de conducir mucha corriente sin resistencia. Son utilizados, por ejemplo, en equipos de resonancia magnética, en imanes para aceleradores de partículas como en el CERN o en detectores de campo magnético como en los SQUID.

Aún así, la aplicación más conocida de los superconductores son los trenes MAGLEV o de levitación magnética (sí, como en el video pero a gran tamaño). Los más conocidos son el tren bala de Japón y de China, que viaja a una media de 250 km/h, con picos de más de 400 km/h.

El proyecto a más próximo alcance relacionado con los superconductores es el Hyperloop, de Space X y del mismo dueño que Tesla, empresa que ya salió en el post de eficiencia energética. Este proyecto se basa en crear un tren MAGLEV, que flota en el aire, pero dentro de un tubo de vacío, lo que eliminará el rozamiento con el aire y le permitirá conseguir velocidades supersónicas, de hasta 1200 km/h. En los primeros proyectos, se planea unir Los Ángeles con San Francisco (a 560 km) en aproximadamente 35 min (la distancia aproximada entre Madrid y Palma de Mallorca). Veremos que depara el futuro.

¿Qué necesitan estos superconductores para funcionar?

Lo primero que necesitan es un material que en algún momento pueda ser superconductor, que no son todos. Hay metales como el mercurio que tiene etapas superconductoras a pocos Kelvin hasta óxidos mixtos de itrio, bario y cobre (YBa₂Cu₃O₉). La mayoría de los materiales superconductores, a temperaturas un poco superiores, son compuestos magnéticos (aunque no todos los compuestos magnéticos son superconductores.

Lo segundo que necesitan estos materiales es FRÍO. Actualmente, no hay ningún material superconductor a temperatura ambiente (ni cercana), por lo que es necesario enfriar estos materiales para que alcancen el estado superconductor. Hay materiales que pueden ser enfriados de forma barata con nitrógeno líquido (como la familia del YBa₂Cu₃O₉ anteriormente comentado) aunque muchos necesitan aún más frío y deben ser enfriados con helio líquido a unos pocos Kelvin (el helio líquido se forma a menos de 5 K). Esto es el principal impedimento para la tecnología de superconductores, ya que el mantenerlos sumergidos constantemente en nitrógeno líquido es un gasto energético que no compensa a la pérdida de energía por calor en los cables corrientes. Un superconductor a temperatura ambiente es la panacea de estos materiales, ya que eliminaría el principal problema al que se enfrentan en la actualidad.

Otro problema, muchas veces, es el hacerles pasar la corriente eléctrica, ya que en las uniones con materiales conductores tradicionales existen pérdidas debido al ligero calentamiento de los conductores, que calientan el material superconductor, haciendo que deje de serlo. El inducir en ellos una corriente eléctrica a partir de un campo magnético tampoco es útil, debido a que repelen los campos magnéticos. En el caso de imanes superconductores en equipos de RMN, he comentado alguna vez sobre que técnicos que "encienden los imanes" hacen salirse a los dueños para ponerlos en funcionamiento. Esto es debido a que hacer pasar corriente por un superconductor no es una tarea fácil.


Bueno, esto es todo por esta semana. Espero que os haya servido para saber un poco qué son los superconductores y cómo su investigación puede cambiar el devenir de la sociedad. Si tenéis dudas, comentarios, aclaraciones o cualquier otra cosa, por favor, déjamelo en los comentarios de aquí abajo o en la página de Facebook.

Nos vemos la semana que viene en un nuevo post!! Cuídate

¿Qué es la luz para la Química?

En este post voy a hacer un resumen de qué es la luz para la química, cómo se produce, cómo se propaga y cómo saber el color de un material o de una disolución. Vamos...

¿Qué es la luz?

Hay libros enteros tratando este tema pero vamos a simplificarlo. La luz es una radiación, por lo tanto es una onda, cuya energía depende de lo rápido que vibre. Si vibra más rápido, más energética.

Descomposición de la luz blanca en colores.
El rojo, con la onda más larga, es el menos energético mientras que el violeta, con la longitud de onda más corta, es el más energético.
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Fisiológicamente, somos capaces de percibir este tipo de radiación por los ojos, son los colores. Cada onda, caracterizada por su frecuencia o su longitud de onda corresponde con alguno de los colores del arcoiris. Podemos ver ondas entre 700 y 400 nm, que corresponden al rojo y al violeta, respectivamente. Por debajo del rojo (ondas de más de 700 nm) percibimos algunas ondas en forma de calor, es la zona del infrarrojo. Por encima del violeta (ondas menores de 400 nm) tampoco son visibles, corresponden al ultravioleta, esas ondas que nos ponen morenos y nos achicharran en la playa y en la montaña.

¿Cómo interacciona la luz con la materia?

En las moléculas y los sólidos, esta luz visible corresponde al intervalo de energía de los tránsitos electrónicos entre los niveles de las moléculas. Si se ilumina una molécula o un sólido cristalino con una energía igual a la diferencia de energía entre sus niveles, es capaz de captar esa luz subiendo un electrón al siguiente nivel. A este fenómeno se le conoce como absorción de luz y la cantidad de luz absorbida por una disolución o un sólido está regida por la ley de Lambert-Beer.

Si algo es capaz de absorber luz, aumentando su energía, también puede ser capaz de reemitirla. Esta luz sería del mismo color de la absorbida. También puede ser capaz de absorber luz, perder un poco de energía y volver a emitirla. El color emitido sería de menor energía del absorbido. Este fenómeno se conoce como fluorescencia. Este fenómeno ocurre en los tubos fluorescentes de cualquier baño o cocina, ya hablamos de ello en el post de la eficiencia energética o en los gin-tonic bajo luz ultravioleta, que lucen de color azul.

Gin-tonic azul
Sharyn Morrow, Flickr

También puede pasar que un material absorba luz, la "almacene" incluso hasta algunos segundos y vuelva a reemitirla casi igual. Este fenómeno es la fosforescencia y es observables en carteles de emergencia, que incluso con las luces apagadas emiten luz durante un cierto tiempo.

Cartel fosforescente
https://www.alibaba.com/product-detail/phosphorescent-exit-signs-IMO-symbols-glow_479247473.html

¿Por qué los objetos son coloreados?

Una vez entendido que la materia absorbe luz hay que irse a un terreno más "artístico" para explicar los colores. Cuando un material absorbe un color, también dispersa (no refleja) el resto de los colores, por lo que el material parece del color contrario al de la luz que absorbe. La rueda de colores os la dejo a continuación:

Rueda de color
Si se absorbe un color, el objeto se verá del color opuesto en la rueda

Cuando un sólido en polvo o prensado es blanco realmente es transparente, como la sal de casa, pero es capaz de desviar la luz debido al fenómeno de la refracción, en el que la velocidad de la luz depende del medio por el que viaja, pudiendo cambiar su dirección de propagación. Por contra, los materiales negros son capaces de absorber todos los colores, lo que supone que tienen bandas de energía continuas y vacías a la que es capaz de saltar un electrón de menor energía.

Los cristales en los que nos arreglamos todas las mañanas son capaces de absorber y reemitir sin perder energía todos los colores. Esto pasa porque tiene tantos niveles continuos de energía que los electrones son capaces de saltar dentro de su misma banda y volver a bajar sin pérdida apreciable de energía.

En el caso en el que un objeto emita luz, se verá del color que emite y, por tanto, se puede estimar el color que absorberá, el complementario.

Pregunta a responder:

¿Por qué el cielo es rojo al atardecer y azul durante el día?

Pista: no es porque refleja el azul del mar, que lo he oído varias veces

Hasta aquí el post de hoy, espero que os haya servido para entender qué es el color y cómo son los objetos coloreados. Si te has quedado con ganas de saber algo más (que todavía hay mucho más), con dudas, con algún comentario puedes dejarlo aquí abajo o en la página de Facebook.

Nos vemos en el siguiente post!!