Esta entrada de blog explora cómo los superconductores abordan los problemas de pérdida de energía y qué cambios podrían aportar a nuestra sociedad y tecnología.
La ciencia moderna afirma que la energía se conserva en todo el universo. Sin embargo, la energía útil para la humanidad a menudo se transforma en energía inútil. En la vida cotidiana, no toda la energía que utilizamos al realizar un trabajo se emplea realmente para ese trabajo. Esto se debe a que parte de la energía se convierte en calor debido a la resistencia de los objetos. Este es un fenómeno termodinámicamente espontáneo, mientras que la conversión de calor en otras formas de energía no lo es. En otras palabras, parte de la energía que consideramos útil se desperdicia cada vez que la usamos. Este desperdicio natural de energía afecta profundamente todos los aspectos de nuestra vida. Por consiguiente, la humanidad lleva mucho tiempo buscando maneras de reducir la pérdida de energía y utilizarla de forma más eficiente.
¿Y si existiera un material capaz de evitar este desperdicio? En el caso específico de la energía eléctrica, existe un material que elimina la pérdida de energía: el superconductor. Un superconductor es un conductor que presenta superconductividad por debajo de una temperatura específica (denominada temperatura crítica). La superconductividad es el fenómeno por el cual la resistencia eléctrica de un material se reduce a cero y el material se vuelve diamagnético. El diamagnetismo es el fenómeno por el cual un material repele un campo magnético interno. Si un objeto posee propiedades diamagnéticas, un campo magnético no puede penetrar en su interior. Los superconductores se clasifican en superconductores de tipo I y de tipo II. Un superconductor de tipo I impide por completo que cualquier campo magnético penetre en su interior. Un superconductor de tipo II permite que parte del campo magnético penetre en su interior. En otras palabras, un superconductor de tipo II es un material que mantiene la superconductividad sin presentar un diamagnetismo perfecto. Los superconductores de tipo I son en su mayoría sustancias puras, mientras que los de tipo II suelen ser materiales sintéticos creados según las necesidades. La mayoría de las tecnologías que utilizan superconductores emplean superconductores de tipo II.
¿Cómo se descubrieron los superconductores? Al igual que muchos otros descubrimientos, el de la superconductividad se produjo por casualidad. En 1911, el físico neerlandés Heike Kamerlingh Onnes realizó experimentos sobre la relación entre la temperatura del mercurio sólido y su resistencia eléctrica. Descubrió que la resistencia del mercurio disminuía linealmente con la temperatura. Sin embargo, cuando la temperatura del mercurio alcanzó los 4.2 K, la resistencia cayó repentinamente a cero. Este descubrimiento causó gran conmoción en la comunidad física de la época y propició una nueva comprensión de los fenómenos físicos que ocurren a temperaturas extremadamente bajas.
Tras la primera observación de la superconductividad en 1933, Fritz Walther Meißner y Robert Ochsenfeld descubrieron que los superconductores de tipo I presentan propiedades diamagnéticas. Este descubrimiento sentó las bases para una comprensión más profunda de los superconductores. Su hallazgo marcó un hito en la investigación de la superconductividad e impulsó una intensa investigación sobre sus posibles aplicaciones comerciales. Posteriormente, en 1950, Lev Landau y Vitaly Ginzburg publicaron una teoría que explicaba las propiedades de los superconductores. Alexey Abrikosov predijo, basándose en esta teoría, que los superconductores se clasificarían en dos tipos. En 1962 se desarrolló el primer superconductor comercial. Desde entonces, los ingenieros se han esforzado por desarrollar superconductores que presenten superconductividad a temperatura ambiente.
Los superconductores de tipo I son prácticamente imposibles de aplicar comercialmente debido a sus propiedades. En cambio, los superconductores de tipo II se utilizan en diversos campos. Un ejemplo representativo de las aplicaciones de la superconductividad es el electroimán superconductor. Un electroimán es un imán que se magnetiza únicamente cuando circula una corriente eléctrica a través de él. Los electroimanes se utilizan en altavoces y dispositivos similares. El uso de un superconductor, que tiene resistencia cero, para fabricar un electroimán puede evitar el desperdicio de energía durante su funcionamiento. Los superconductores también se utilizan en circuitos. Los circuitos que utilizan superconductores funcionan más rápido que los que no los utilizan. Un funcionamiento más rápido del circuito no solo reduce los tiempos de experimentación, sino que también permite el desarrollo de dispositivos electrónicos más veloces.
Si se desarrolla un superconductor que presente superconductividad a temperatura ambiente, este material podría utilizarse en diversos campos, como líneas de transmisión eléctrica, condensadores, transformadores, trenes de levitación magnética y motores. Los cables superconductores eliminan las pérdidas de energía eléctrica durante la transmisión. Al eliminar las pérdidas innecesarias, se reduce la necesidad de generar energía, evitando así el desperdicio de recursos.
Los trenes de levitación magnética que utilizan superconductores pueden viajar a velocidades ultrarrápidas, lo que contribuirá al avance del transporte. Actualmente, los ingenieros han elevado la temperatura crítica de los superconductores a 52 K y la investigación continúa. El superconductor, descubierto accidentalmente por Heike Kamerlingh Onnes, también ha dejado una huella significativa en la historia de la ciencia para la sociedad moderna que enfrenta crisis energéticas.
Desde su descubrimiento, los superconductores han influido profundamente no solo en la física, sino también en diversos campos como la ingeniería eléctrica y la ciencia de los materiales. Ya no son meros objetos de curiosidad física; se han convertido en importantes herramientas tecnológicas con gran potencial de aplicación práctica. Además, presentan un enorme potencial para contribuir significativamente al desarrollo social. En el mundo actual, donde el uso irresponsable de recursos limitados es problemático, el desarrollo de superconductores utilizables a temperatura ambiente se considera crucial. Si los ingenieros desarrollan materiales que presenten superconductividad a temperatura ambiente, la humanidad dará un paso más en su evolución. A medida que se expandan las aplicaciones comerciales de los superconductores, podremos utilizar la energía de forma más eficiente y sostenible. Esto desempeñará un papel fundamental en la solución de muchos de los problemas que enfrenta la humanidad, en particular los relacionados con la energía y el medio ambiente.
