Stand: "SUPERCONDUCTIVIDAD APLICADA" 

Dr. Jorge Ossandón, Profesor Titular, Universidad de Talca,
Investigador responsable Proyecto FONDECyT 1040666

Dr. José Luis Giordano, Profesor Asociado, Universidad de Talca,
Investigador responsable Proyecto FONDECyT  1040668
Co-Investigador Proyecto FONDECyT   1040666 

Natalia S. Cruz C., Víctor M. Conte  P. y Víctor Ibarra A.
Estudiantes avanzados de Ingeniería Civil Industrial, Universidad de Talca

Resumen:

Se han mostrado dos experimentos simples para observar las propiedades electromagnéticas que caracterizan la "Superconductividad": (1) la conducción sin pérdidas y (2) el rechazo al campo magnético (Efecto Meissner). Las variables físicas, temperatura T, corriente eléctrica I y caída de voltaje V, fueron medidas directamente en un experimento de transporte, y el campo magnético B fue aplicado con imanes de neodimio-hierro-boro, que los niños del público colocaban sobre una pieza de material en estado superconductor. Ambas demostraciones fueron directas y "transparentes", sin ningún computador que pudiera ocultar los fenómenos básicos.

En ambos experimentos se utilizó un material cerámico compuesto de itrio-bario-óxido de cobre (YBaCuO), que tiene una transición (de "conductor" a "superconductor") al pasar por debajo de su "temperatura crítica", unos 182 grados celsius bajo cero. Para lograr tan bajas temperaturas, como refrigerante se utilizó nitrógeno líquido (LN2), que hierve a unos 196 grados celsius bajo cero.

Primeramente, antes de hablar de superconductores, mostramos lo que caracteriza a un "conductor normal". Con una fuente eléctrica hicimos pasar una corriente a lo largo de una placa de YBaCuO de 20 mm de largo, 10 mm de ancho y 2 mm de espesor, verificando que la caída de voltaje V era proporcional a la intensidad I de la corriente circulante: V = RxI, donde R (= 12 miliohm aprox.) era la resistencia eléctrica de la placa debida a la resistividad del material (Ley de Ohm, 1827). Este comportamiento viene acompañado de una pérdida P = VxI (en watt) de energía eléctrica (Ley de Joule, 1840). Al repetir el experimento disminuyendo la temperatura mediante inmersión de la placa cerámica en el LN2, se observó la disminución de V como consecuencia de la disminución de la resistividad del material (comportamiento típico en un conductor). Finalmente se observó la brusca desaparición de la caída de voltaje, es decir, V = 0 volt, indicando que la placa tenía R = 0 ohm, debido a la resistividad nula del material ("conducción sin pérdidas"). En estas condiciones, el material disipa P = 0 watt. Esta propiedad hace a los superconductores únicos para aplicaciones de gran transporte de energía eléctrica (como los compuestos de niobio-germanio, para generar el campo magnético en un equipo de resonancia magnética nuclear).

Pero los materiales "superconductores tipo-I" conocidos desde 1911, simultáneamente a la conducción sin pérdidas hacen algo más: rechazan el campo magnético de su interior ("Efecto Meissner"), y los "superconductores tipo-II" descubiertos en 1934, permiten la entrada ordenada de unidades cuantificadas de flujo magnético ("fluxones"), manteniendo simultáneamente transporte sin pérdidas y una repulsión parcial a valores muy altos de campo magnético aplicado. Esta propiedad también hace únicos a los superconductores, como en el caso de vehículos de transporte sin rieles, mediante levitación magnética.

Entre las variadas aplicaciones de los superconductores, los del tipo-I (como los de niobio), han permitido el desarrollo de dispositivos de interferencia cuántica (SQUIDs), por medio de los cuales se pueden medir campos magnéticos extremadamente débiles, como los provenientes del cerebro humano. Por eso se los utiliza en los sensores de los  equipos de resonancia magnética nuclear.

Profesores y guías explicaron a los alumnos y al público en general ambos experimentos, aplicaciones actuales, límites alcanzados, y los últimos materiales de magnesio-boro, descubiertos en el 2001, con los que se alcanzan 35 mil ampere por centímetro cuadrado sin disipación.

También se informó al público de los proyectos FONDECyT en Superconductividad, desarrollados en la Universidad de Talca (Campus Curicó), en colaboración con el Centro Atómico Bariloche (Argentina) y la Universidad de Leipzig (Alemania).

V. Ibarra y Jorge Ossandón preparando el stand "Superconductividad Aplicada" (Octubre 11, 2005).

Alumnos esperando para entrar a la Feria de la Física (Miércoles 12 de Octubre, 2005).

Público escuchando a V. Ibarra y V. Conte 1 h después de cerrar la Feria (19:00, Octubre 12, 2005).

Prof. Giordano explicando la levitación magnética del imán, por la repulsión del YBaCuO en nitrógeno líquido.

Víctor Ibarra y Víctor Conte explicando la transición del YBaCuO a 182 grados celsius bajo cero.

Víctor Ibarra explicando la repulsión entre un imán y un superconductor.

Luis Giordano explicando el fenómeno de "anclaje de fluxones" en los superconductores tipo-II "duros".

Víctor Ibarra y dos "vecinas" del stand de al lado.

Un niño cambiando la posición del imán de Nd2Fe14B, que levita sobre el YBaCuO superconductor.

Natalia Cruz hablando sobre la ausencia de pérdidas en las corrientes internas que producen la levitación.

Natalia Cruz respondiendo preguntas acerca del estado del YBaCuO a -196 grados celsius.

Niñas experimentando con el anclaje del imán que levita sobre el superconductor en nitrógeno líquido.

Víctor Conte mostrando el anclaje de flujo con diferentes imanes de neodimio-hierro-boro.

José Luis Giordano y Víctor Conte respondiendo preguntas sobre ambos experimentos.

Víctor Conte hablando sobre la conducción sin disipación y el diamagnetismo asociados a la levitación.

Dr. Mauricio Arenas, Director de la Carrera de Bio-Informática de la Universidad de Talca,  explicando.

Stand de medición de la energía solar que llega a Chile, Proyecto 100 años 100 colegios. Los Profs. Ossandón y Giordano, dentro de Iniciativa Profísica, también han participado dentro del Equipo Científico que diseñó los sensores y el Proyecto, junto con profesionales de la Universidad de Santiago de Chile (USACH).

Sergio Díaz explicando los experimentos remotos (Stand de la Univ. Técnica Federico S. María; Valparaíso).

Stand GEMINI-CONICyT.

María Elena Díaz hablando del espejo de 8.1m de diámetro del telescopio del Observatorio Gemini. Las instalaciones del hemisferio sur se encuentran en el Cerro Pachon, cerca de La Serena.

NOTA: Como continuación a la reciente visita (Agosto, 2005) al Observatorio del Cerro Tololo, la Prof. Olga Hernández (Liceo Abate Molina, Talca) y  el Dr. José Luis Giordano (Universidad de Talca, Facultad de Ingeniería , Curicó), están organizando de forma privada una visita del 15 al 19 de Marzo 2006 al Cerro Pachon, junto a unos 40 estudiantes de la Universidad de Talca. En esta oportunidad los estudiantes de Ingeniería podrán ver el telescopio Gemini en fase de mantenimiento, apreciando detalles que no se muestran en las visitas al público general.

Paloma Barbieri y María Elena hablando de las aplicaciones pedagógicas del software Gemini.