sábado, 3 de noviembre de 2012

CONCEPTOS BÁSICOS DE CIRCUITOS.


MATERIALES AISLANTES Y CONDUCTORES.

MATERIALES AISLANTES: Son los materiales en los que es muy difícil desprender electrones de sus átomos  para que pueda lograrse un flujo de corriente a través de ellos. Esto también se interpreta como oposición o resistencia al paso de la corriente eléctrica. Algunos de los materiales aislantes mas conocidos son : vidrio, madera seca, caucho, algodón, etc.


MATERIALES CONDUCTORES: Los materiales conductores ofrecen facilidad para desprender electrones de la banda de valencia de sus átomos,por lo tanto, permites la circulación de corriente. Los conductores pueden ser de tres tipos: metálicos, electrolíticos y gaseosos  Los metales son los mejores conductores, entre ellos encontramos: oro, plata, cobre, aluminio, etc. En los conductores gaseosos la conducción se realiza mediante la ionización de un gas noble. La figura 2.10 muestra el numero de electrones en un material conductor y en un material aislante. La energía aplicada a la banda de valencia, se repite en partes iguales. entre los electrones que se encuentran en la misma, por lo tanto, es mas fácil desprender un electrón de su átomo por participar en la conducción eléctrica.
2.2 SUPERCONDUCTORES.

La superconductividad es uno de los descubrimientos mas importantes de nuestro siglo. Este efecto continua aun en investigación  Sin embargo, el campo de la aplicación potencial es muy extenso, a tal grado que se predicen cambios radicales en la manera de vivir el hombre, cuando se tenga una aplicación plena de este descubrimiento aportado por la física.

La materia se presenta en la naturaleza en tres estados: solido, liquido y gaseoso. Actualmente se puede obtener otro estado llamado SUPERCONDUCTIVIDAD. Un conductor perfecto presenta resistencia  eléctrica de cero ohms , en tanto que un super conductor , ademas de contr con dicha resistencia, presenta el efecto Meissner- Oschenfeld, el cual establece, que un superconductor no permite que un campo de inducción magnética penetre en su interior, o sea, que el campo magnético en su interior es siempre cero.

Los antecedentes de la superconductividad se remontan la siglo XIX, cuando los físicos de la época experimentaban la manera de licuar gases. El proceso de esto era estudiar los fenómenos que se presentan en las materias a temperaturas muy bajas. En 1845, Micheal Faraday de la Royal Intitution de Londres, logro establecer un proceso para licuar algunos gases. El descubrimiento propiamente de los superconductores, se remonta a 1911 y se debe al doctor H.K. Onnes de la Universidad de Layden, en Holanda.Dicho investigador descubrió la superconductividad del mercurio. Para lograra esto sometió al mercurio a una temperatura de -269 C. los resultados de esta investigación lo llevaron a obtener el premio Nobel de Física en 1913.

En el año de 1957 pudo entenderse el fenómeno de los superconductores convencionales (para distinguirlos de los modernos superconductores cerámicos , los investigadores J. Barbeen, L Cooper y R. Schieffer, enunciaron la teoría BCS llamada si en su honor. En ella se habla de la existencia de los "pares de Cooper", que son parejas de electrones ligados entre si y que se forman por la interacción atractiva de tipo electrón-ion-electrón. En 1972 se les otorgo el premio Nobel de Física en el año de 1987.

El efecto de la superconductividad se logra llevando a los electrones al estado de superelectrones. En dicho estado, los electrones tienen la tendencia de agruparse en grandes enjambre y de esa forma se mueven por el material, venciendo con facilidad la resistencia que encuentran a su paso.Existe un problema aparentemente para aceptar que cierto numero de electrones puedan juntarse, sin embargo, la teoría llamada "par de Cooper" de muestra el mecanismo de interacción atractiva (atracción) entre dos electrones de un metal.

Para tener una idea de los elementos que componen un superconductor, podemos mencionar como ejemplo, al superconductor ceramico compuesto por oxido de itrio (Y2 O3), carbonato de bario (BaCO3) y oxido de Cobre (CuO).Dichos compuestos se mezclan en proporciones 1:2:3,considerando el orden en que se han mencionado y se someten a un proceso.

En el campo de los superconductores, uno de los problemas mas fuertes  es la temperatura muy baja a la que tienen que ser sometidos los materiales superconductores para que presenten propiedades como tales. por ejemplo, el primer superconductor se sometió a una temperatura muy próxima al cero absoluto (-273.16 C), al pasar de los años se ha mejorado en este aspecto tal grado que los últimos reportes de este campo se menciona que los japoneses han desarrollado un superconductor con lantano-bario-cobre-oxigeno, que requiere una temperatura de -3 .

Actualmente se trabaja intensamente en obtener materiales cerámicos superconductores, para que puedan operar  a una temperatura superior a la ambiente, cuando se logre esto, ya no sera necesaria la refrigeración del sistema.

Dentro de los diversos materiales superconductores que se han fabricado,existe un tipo que tiene la propiedad de crear campos magnéticos muy intensos cuando se somete a un determinado rango de corriente. A continuación se mencionan los principales campos de aplicación, que hasta este momento se pueden apreciar para los materiales superconductores.


El imán de neodimio flota gracias a su superconductividad.

1.- GENERACIÓN DE GRANDES CAMPOS MAGNÉTICOS:La producción de intensos campos magnéticos  así como de considerable área donde se pueden manifestar, predice cambios muy importantes y de mucha trascendencia, en las maquinas eléctricas tales como: motores, generadores, transformadores, etc. La generación de campos magnéticos potentes y altamente estables serán de mucha utilidad en estudios de resonancia magnética nuclear, la microscopia electrónica de alta resolución, etc.

2.- FABRICACIÓN DE CABLES DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA: Actualmente se trabaja en la fabricación de cables de transmisión de energía eléctrica, que proporcionan características que aventajen a los cables tradicionales.

3.- FABRICACIÓN DE COMPONENTES ELECTRÓNICOS: En los superconductores se presenta el fenómeno Josephson,conocido en física cuántica como efecto de "tunelamiento". Se piensa que este efecto puede tener aplicacion interesante en la fabricación de componentes electrónicos, principalmente para el campo de la electrónica digital.

 

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