Existen diferencias importantes entre los superconductores que permiten clasificarlos en dos grandes grupos. Ciertos metales; en particular los que tienen bajas temperaturas de fusión y son mecánicamente suaves y de fácil obtención en un alto grado de pureza y libres de esfuerzos mecánicos internos, exhiben semejanzas en su comportamiento en el estado superconductor. Estos materiales superconductores reciben el nombre de superconductores ideales, superconductores Tipo I, o suaves.
Por otro lado, el comportamiento de muchas aleaciones y de algunos de los metales superconductores más refractarios es complejo e individual, particularmente con respecto a la forma cómo resultan afectados en el estado superconductor en presencia de un campo magnético. A estos superconductores se les ha dado el nombre de superconductores Tipo II, o si la superconductividad se conserva aun bajo la influencia de campos magnéticos intensos, se les conoce con el nombre de duros o de campo intenso.
Para entender mejor estas diferencias, veamos cómo un campo magnético aplicado afecta a cada uno de los tipos de superconductores que hemos mencionado. Para ello describiremos brevemente lo que es el efecto Meissner-Oschenfeld.
En 1933, W. Meissner y R. Oschenfeld encontraron experimentalmente que un superconductor se comporta de manera tal que nunca permite que exista un campo de inducción magnética en su interior. En otras palabras, no permite que un campo magnético penetre en su interior. El campo magnético en el interior de un superconductor no sólo está congelado, sino que vale siempre cero.
Una consecuencia inmediata de lo anterior es que el estado de magnetización del material que pasa por la transición superconductora no depende de los pasos que se hayan seguido al establecer el campo magnético. Esta consecuencia marca también la diferencia fundamental entre lo que es un conductor perfecto y lo que es un superconductor. Por conductor perfecto entendemos un material cuya resistencia eléctrica es igual a cero. En tanto que un superconductor, además de presentar resistencia cero, presenta también el efecto Meissner-Oschenfeld. Se puede demostrar fácilmente que, en un conductor perfecto, el campo magnético tiene un valor constante, esto es, está congelado en su interior, pero no necesariamente vale cero, y esto trae como consecuencia que su estado de magnetización dependa necesariamente de los pasos, que se hayan seguido para magnetizarlo.
Para entender más claramente la diferencia entre un conductor perfecto y un superconductor; veamos qué ocurre cuando tratamos de magnetizar un conductor perfecto y cuando tratamos de magnetizar un superconductor.
Consideremos primero al conductor perfecto, esto es, pensemos que la transición nos lleva únicamente a un estado de resistencia cero sin el efecto Meissner-Oschenfeld.
Figura 4. Penetración del campo magnético B, en el interior de un material
considerado solamente como conductor perfecto (es decir que sólo presenta
resistencia eléctrica igual a cero, pero no el efecto Meissner), al pasar por la
temperatura de transición.
En ausencia de campo magnético externo, tomemos la muestra a una temperatura T mayor que la temperatura de transición., Tc al estado de resistencia cero del conductor perfecto (figura 4(a)). Luego, enfriemos la muestra a una temperatura T < Tc , e introduzcamos un campo magnético (figura 4(b)). Como en el instante en que ocurrió la transición al estado de conductor perfecto el campo magnético en el interior de la muestra era cero, permanecerá con ese valor y, por tanto, el campo magnético será excluido del interior de la muestra. Finalmente, suprimamos el campo magnético aplicado, manteniendo la temperatura por debajo de Tc (figura 4(c)). Obtendremos que el campo magnético en el interior de la muestra sigue siendo cero.
Ahora tomemos la muestra nuevamente a una temperatura T > Tc pero con un campo magnético externo aplicado distinto de cero (figura, 4(d)). Después, enfriemos la muestra a una temperatura T < Tc (figura 4(e)). El campo magnético en el interior de la muestra sigue siendo el mismo que había antes de enfriarla. Finalmente, suprimamos el campo magnético, aplicado (figura 4(f)). Lo que ahora ocurre es que se generan corrientes superficiales en la muestra de tal modo que el campo en el interior de ella tenga el mismo valor que tenía antes de bajar la temperatura a T < Tc .
Por lo anterior podemos afirmar que si la transición nos llevara simplemente a un conductor perfecto (esto es, a la ausencia del efecto Meissner-Oschenfeld en la transición), el estado de magnetización de la muestra dependerá de la manera en que se alcance el estado final.
Ahora consideremos que la transición, además de llevar la muestra a un estado de resistencia eléctrica cero, nos indica la existencia del efecto Meissner-Oschenfeld.
Figura 5. Penetración del campo magnético, B, en el interior de un material
que es un superconductor (es decir, que presenta resistencia eléctrica igual
a cero y además el efecto Meissner), al pasar la temperatura de transición.
Primeramente, tomemos la muestra a una temperatura T > Tc sin la presencia de un campo magnético aplicado (figura 5(a)). Después, enfriemos la muestra hasta T < Tc e introduzcamos un campo magnético, como se indica en la figura 5(b). Por el efecto Meissner-Oschenfeld se inducirán corrientes superficiales en la muestra de manera tal que el campo en su interior sea cero. Posteriormente, suprimamos el campo magnético aplicado (figura 5(c)). Las corrientes superficiales desaparecen y el campo magnético en el interior de la muestra es cero.
Intentemos ahora el otro camino. Tomemos la muestra a una temperatura T > Tc en presencia de un campo magnético aplicado, como se ve en la figura 5(d). Después, enfriemos la muestra hasta una temperatura T < Tc (figura 5(e)). Tendremos que, por el efecto Meissner-Oschenfeld, se inducirán corrientes superficiales en la muestra de manera que el campo en el interior de ella sea cero. Posteriormente, suprimamos el campo externo (figura 5(f)); Tendremos que las corrientes superficiales desaparecen y que el campo magnético en el interior de la muestra vale cero.
Como acabamos de ver, debido al efecto Meissner-Oschenfeld, el estado de magnetización de la muestra no depende de la manera en que se llegue al estado final.
Es claro que un superconductor es, además de un conductor perfecto, una sustancia en un estado en el que se presenta el efecto Meissner-Oschenfeld.
Walter Meissner. Descubridor del efecto que lleva su nombre en los superconductores.
Es necesario señalar que, si bien existe una clara diferencia entre lo que es un superconductor y un conductor perfecto, los únicos conductores perfectos que se han encontrado hasta ahora en la naturaleza son, precisamente, los superconductores. Aún no se descubren conductores perfectos solamente, es decir, materiales con resistencia cero y sin que presenten el efecto Meissner-Oschenfeld.
Jose E. Guerrero C
CAF
Seccion 1
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/064/htm/sec_8.htm
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