¿Si existeix un material superconductor y si la podem sintetizar Treball de recerca

1. Treball de Recerca
I NS Europa
SUPERCONDUCTIVITAT
Krunal Badsiwal
2n Batxillerat 2014/15
Tutor: Andrés Fernández

2. 2
Resum
Encara que sigui un fenomen poc conegut, la superconductivitat pot arribar a tenir
un elevat grau d’importància en el futur, i de fet, ja s’utilitza en molts àmbits en els
quals desconeixem el seu ús. És aquesta la raó que em va portar a fer recerca de
la superconductivitat, primer realitzant una part d’estudi fenomenològic (teòric) i
després trobant les possibles aplicacions, centrant-me en una d’elles. L’aplicació
en la qual m’he centrat ha estat la resistència nul·la causat per superconductivitat,
i precisament he dissenyat i construït un circuit superconductor, amb el seu
posterior funcionament demostrat a un dels vídeos annexats.
Resumen
Aunque sea un fenómeno poco conocido, la superconductividad puede llegar a
tener un elevado grado de importancia en el futuro, y de hecho, ya se utiliza en
muchos ámbitos en los que desconocemos su uso. Es esta la razón que me llevó
a hacer investigación de la superconductividad, primero realizando una parte de
estudio fenomenológico (teórico) y luego encontrando las posibles aplicaciones,
centrándome en una de ellas. La aplicación en la que me he centrado ha sido la
resistencia nula la causado por superconductividad, y precisamente he diseñado y
construido un circuito superconductor, con su posterior funcionamiento demostrado
en uno de los vídeos.
Summary
Although it is a little known phenomenon, superconductivity can have a high degree
of importance in the future, and in fact, is already used in many areas where its use
is unknown. This is the reason that led me to search for superconductivity, the first
part of making a phenomenological study (theoretical) and then finding possible
applications, focusing on one of them. The application in which I was focused zero
resistance caused by the superconductivity, and indeed I have designed and built a
superconducting circuit, with a subsequent operation of the videos shown attached.

3. 3
. INDEX .
1. Introducció
2. Electricitat
2.1 Què és l’electricitat?
2.2 Els Diferents Tipus d'electricitat
2.3 Diferent conceptes de electricitat
3. Conductor
3.1 Què és la Conductivitat?
3.2 Un conductor
3.2 Materials Conductors.
3.3 Les seves aplicacions.
4. Resistència elèctrica
4.1 Què és la Resistència elèctrica?
4.2 Causes de la resistència elèctrica.
4.3 Seu efecte en el transport de Energia.
5. Superconductors i la Superconductivitat
5.1 La Historia de la superconductivitat
5.2 Que és la Superconductivitat?
5.3 Un Superconductor
5.4 Classificacions de superconductors
5.5 Teories de la Superconductivitat
5.6 Les Aplicacions de la superconductivitat
5.7 El Supermagnetisme en els Superconductors
6 Experiment
7 Avantatges i Desavantatges
8 Conclusió(Quin es millor)
9 Bibliografia i Agraïments

4. 4
1. Introducció
Sempre m’ha fascinat el món de la investigació, la ciència, la innovació i la
tecnologia. És per això que des que vaig sentir-ne a parlar sobre la
superconductivitat per primer cop, em vaig sentir atret, i a partir d’aquell moment he
anat descobrint coses que no han parat de sorprendre’m sobre aquest fenomen.
Com la disminució de la resistència o com la levitació de imants causat per La
superconductivitat.
Crec que realitzar un treball sobre un tema com aquest és una bona manera
d’aprendre exactament què és i posteriorment donar-lo a conèixer, ja que és molt
sorprenent i molt interessant, però incomprensiblement poc conegut, així que a fer
recerca i a investigar!
El meu treball constarà de dues parts.
En la primera part, miraré d’informar-me i realitzar una part teòrica de la
superconductivitat i els altres elements principals que la fan possible, per tant, vull
analitzar el fenomen en general. Aquests, són els següents objectius teòrics que
realitzaré en aquesta fase:
1. Fer una pinzellada històrica del que ha estat la superconductivitat en el món
de la ciència sobretot durant aquest últim segle XX, explicar qui la va
descobrir i quin ha estat el procés i l’evolució de la recerca fins l’actualitat.
2. Profunditzar i analitzar teòricament què és la superconductivitat i les
característiques del materials que comporta. Extreure’n una explicació
científica, i profunditzar-ho en el món de l’electrònica, sobretot pel que fa a
la pèrdua de resistència. Explicar fenòmens com l’efecte joule, l’efecte
Meissner i l’efecte Josephson que fan possible aquesta propietat i finalment
analitzar els elements dels quals depèn l’estat del superconductor.
3. Elaborar una llista d’elements i materials superconductors principals, i
determinar de quin tipus són (tipus I o tipus II), explicant també la diferència
entre els dos tipus. També intentar trobar els valors crítics d’aquests
elements, en el qual perden la resistència i es tornen superconductors.

5. 5
4. Quin és el mètode més eficaç per tenir un superconductor a temperatures
més altes.
5. Aturar-me per fer un apartat amb detall sobre els Superconductors d’alta
temperatura i explicar quin és el gran canvi que ha suposat el descobriment
d’aquests.
En la segona part, em centraré única i exclusivament a les aplicacions que
podem obtenir gràcies a la superconductivitat en el futur, sobretot gràcies a les
propietats de resistència nul·la i a les seves propietats magnètiques. Cal
remarcar que en aquesta fase, en quasi tots els objectius hi haurà una part
important que serà comparar-ho amb el mateix recurs però sense ser
superconductor (és a dir, convencional), i extreure’n avantatges i inconvenients.
Aquests són els objectius que intentaré assolir en aquesta segona fase:
1. Estudiar una de les aplicacions més importants dels superconductors.
2. Per acabar, també utilitzant els meus coneixement
Per dur a terme els objectius de la primera part, utilitzaré els següents mitjans:
- Llibres especialitzats en superconductivitat: consistirà en una recerca bibliogràfica,
per biblioteques, llibreries i altres llocs.
- Internet: hi ha un munt de pàgines que parlen sobre la superconductivitat, i
que seran molt útils per a la realització teòrica del meu treball.
Per dur a terme els objectius de la segona part, utilitzaré els següents mitjans:
- Tot el que són mitjans bibliogràfics i informatius de la part anterior, encara que
aquest cop no seran tan essencials ja que aquesta segona part té molt pes pràctic.
- La informació per tal de saber com dur a terme la part pràctica es pot obtenir
de internet i de documentals.
Ja deixant a banda els recursos i fonts d’on obtenir els mitjans per a poder realitzar
el treball, convé parlar de com ho penso fer. És per això que en cada aspecte
complicat dels objectius del treball explico quina serà la manera de realitzar-lo:

6. 6
- Aprofundiment del fenomen en el món de l’electricitat: ho faré relacionant les
dades característiques de l’estat superconductor amb les fórmules elèctriques.
- Centrar-me en el cas del diòxid de carboni: fer pràctiques amb el diòxid de
carboni i altres materials, extraient-ne les conclusions necessàries.
- Altres aplicacions: serà importantíssim valorar les avantatges i inconvenients
sobre si és millor un superconductor o un convencional. Per això també serà
important saber si aquestes aplicacions s’utilitzen avui en dia i a on.

7. 7
2. Electricitat
2.1 Què és l’electricitat?
L’electricitat és un fenomen físic originat per càrregues elèctriques estàtiques o en
moviment i per la seva interacció. Quan una càrrega es troba en repòs produeix
forces sobre altres situades en el seu entorn. Si la càrrega es desplaça produeix
també forces magnètiques. Hi ha dos tipus de càrregues elèctriques, anomenades
positives i negatives.
L'electricitat està present en algunes partícules subatòmiques. La partícula
fonamental més lleugera que porta càrrega elèctrica és l'electró, que transporta una
unitat de càrrega. Els àtoms en circumstàncies normals contenen electrons, i sovint
els que estan més allunyats del nucli es desprenen amb molta facilitat. En algunes
substàncies, com els metalls, proliferen els electrons lliures. D'aquesta manera un
cos queda carregat elèctricament gràcies a la reordenació dels electrons.
Un àtom normal té quantitats iguals de càrrega elèctrica positiva i negativa, per tant
és elèctricament neutre. La quantitat de càrrega elèctrica transportada per tots els
electrons de l'àtom, que per convenció són negatives, aquesta equilibrada per la
càrrega positiva localitzada en el nucli. Si un cos conté un excés d'electrons queda
carregat negativament. Per contra, amb l'absència d'electrons un cos queda
carregat positivament, ja que hi ha més càrregues elèctriques positives en el nucli.

8. 8
2.2 Els diferents tipus d’electricitat
Hi ha dos tipus d'electricitat, l'electricitat estàtica i corrent elèctric. L'electricitat
estàtica es fa fregant entre si dues o més objectes i fer fricció mentre que l'electricitat
actual és el flux de càrrega elèctrica a través d'un camp elèctric.
Electricitat estàtica:
L'electricitat estàtica és quan les càrregues elèctriques s'acumulen a la superfície
d'un material. Generalment és causada per materials freguin entre si. El resultat
d'una acumulació d'electricitat estàtica és que els objectes poden ser atrets l'un a
l'altre, o fins i tot poden causar una espurna per saltar d'una a l'altra. Per exemple
fregar un globus en una llana i mantenir-la fins la paret.
Abans de frec, tots els materials com, els globus i el suèter de llana tenen una
càrrega neutra. Això és perquè cada un té un nombre igual de partícules
subatòmiques amb càrrega positiva (protons) i partícules subatòmiques carregades
negativament (electrons). Quan es frega el globus amb el suèter de llana, els
electrons són transferits de la llana a la goma a causa de les diferències en l'atracció
dels dos materials per als electrons. El globus es carrega negativament, ja que
guanya electrons de la llana, i la llana es carrega positivament perquè perd
electrons.

9. 9
Corrent Electric:
És la taxa de flux d'electrons produïda per electrons que es mouen i que es mesura
en amperes. A diferència de l'electricitat estàtica, corrent electric ha de fluir a través
d'un conductor, generalment filferro de coure o etc. L'electricitat és igual que el
corrent quan es pensa en un riu. El riu flueix d'un lloc a un altre, i la velocitat que es
mou és la velocitat del corrent. Amb l'electricitat, el corrent és una mesura de la
quantitat d'energia transferida durant un període de temps. Aquesta energia es diu
un flux d'electrons. Un dels resultats del corrent és l'escalfament del conductor.
Quan una estufa elèctrica s'escalfa, que és pel flux de corrent.
Existeixen diferents fonts d'electricitat actual, incloent les reaccions químiques que
tenen lloc en una bateria. La font més comú és el generador. Un simple generador
produeix electricitat quan una bobina de coure gira dins d'un camp magnètic. En
una planta d'energia, electroimants que fan girar dins molts bobines de filferro de
coure generen grans quantitats d'electricitat de corrent.
Hi ha dos tipus principals de corrent elèctric. Directa (DC) i alterna (AC). És fàcil de
recordar. El corrent continu és com l'energia que s'obté d'una bateria. El corrent
altern és com els endolls a la paret. La gran diferència entre els dos és que CC és
un flux d'energia, mentre que AC pot encendre i apagar. AC inverteix la direcció
dels electrons.

10. 10
2.3 Diferents conceptes de electricitat
Càrrec Electric :- La càrrega elèctrica és la propietat física de la matèria que fa
que experimenti una força quan es col·loca en un camp electromagnètic. Hi ha dos
tipus de càrregues elèctriques: positives i negatives.
A La física, la càrrega, també conegut com a càrrega elèctrica, càrrega elèctrica, o
càrrega electrostàtica i simbolitzada per (q), és una característica d'una unitat de
matèria que expressa la mesura que té més o menys electrons que protons. En els
àtoms, l'electró té una càrrega primària o unitat negativa; el protó porta una càrrega
positiva. Els dos tipus de càrrega són iguals i oposades.
En un àtom de la matèria, una càrrega elèctrica es produeix cada vegada que el
nombre de protons en el nucli difereix del nombre d'electrons que envolten aquest
nucli. Si hi ha més electrons que protons, l'àtom té una càrrega negativa. Si hi ha
menys electrons que protons, l'àtom té una càrrega positiva. La quantitat de càrrega
que porta un àtom és sempre un múltiple de la càrrega elemental, és a dir, la
càrrega transportada per un sol electró o un sol protó. Una partícula, àtom, o un
objecte amb càrrega negativa es diu que té polaritat elèctrica negativa; una
partícula, àtom, o un objecte amb càrrega positiva es diu que té polaritat elèctrica
positiva.
El corrent elèctric:-
Un corrent elèctric és un flux de càrrega elèctrica. En els circuits elèctrics aquest
càrrec és sovint portat per electrons que es mouen en un filferro. També es pot fer
per ions en un electròlit, o per ambdós ions i electrons, com en un plasma.
La unitat SI per a mesurar un corrent elèctric és l'ampere(A), que és el flux de
càrrega elèctrica a través d'una superfície a raó d'un coulomb per segon. El corrent
elèctric es mesura utilitzant un dispositiu anomenat un amperímetre.
Els corrents elèctriques poden tenir molts efectes, en particular la calefacció, però
també crear camps magnètic, que s'utilitzen en motors, inductors i els generadors.
Les abreviatures de CA i CC s'utilitzen sovint per significar simplement alterna i
directa, com quan modifiquen corrent o voltatge.

11. 11
Corrent continu:-
El corrent directa (DC) és el flux unidireccional de la càrrega elèctrica. El corrent
directa és produïda per fonts com ara bateries, termoparells, cel solars i màquines
elèctriques de tipus commutador de tipus dinamo. El corrent directa pot fluir en un
conductor tal com un filferro, però també pot fluir a través dels semiconductors,
aïllants, o fins i tot a través d'un buit com en feixos d'electrons o d'ions. La càrrega
elèctrica flueix en una direcció constant, distingint de corrent altern (AC). Un terme
utilitzat anteriorment per corrent continu era corrent galvànica.
Corrent altern:-
En el corrent altern (AC), el moviment de la càrrega elèctrica inverteix periòdicament
direcció. En el corrent directa (DC, també dc), el flux de càrrega elèctrica és només
en una direcció.
AC és la forma en què l'energia elèctrica es subministra a empreses i residències.
La forma d'ona habitual d'un circuit d'alimentació de CA és una ona sinusoïdal. En
certes aplicacions, s'utilitzen diferents formes d'ona, com ara ones triangulars o
quadrades. D'àudio i de ràdio senyals transportades en cables elèctrics són també
exemples de corrent altern. En aquestes aplicacions, un objectiu important és sovint
la recuperació de la informació codificada (o modulada) sobre el senyal de CA.

12. 12
Camp elèctric :-
El camp elèctric es defineix com la força elèctrica per unitat de càrrega. La direcció
del camp es pren com la direcció de la força que exerciria sobre una càrrega de
prova positiva.
Potencial Elèctric :-
La quantitat de treball necessari per moure una unitat de càrrega des d'un punt de
referència a un punt específic en contra d'un camp elèctric. Típicament, el punt de
referència és la Terra, encara que qualsevol punt més enllà de la influència de la
càrrega de camp elèctric pot ser utilitzat.

13. 13
Electromagnetisme :-
Electromagnetisme, o la força electromagnètica és una de les quatre interaccions
fonamentals de la natura. Els altres tres són la interacció forta, la interacció feble, i
la gravitació. Aquesta força és descrit pels camps electromagnètics, i té
innombrables casos físiques incloent la interacció de partícules carregades
elèctricament i la interacció de camps de força magnètica no carregats amb
conductors elèctrics.
El electromagnetisme és la branca de la física que s'ocupa de l'electricitat i el
magnetisme i la interacció entre ells. Va ser descobert per primera vegada al segle
19 i té una àmplia aplicació en el món actual de la física.
L'electromagnetisme és bàsicament la ciència dels camps electromagnètics. Un
camp electromagnètic és el camp produït pels objectes que es carreguen
elèctricament. Les ones de ràdio, les ones infraroges, ones ultraviolada, i
radiografies són tots els camps electromagnètics en un determinat rang de
freqüències. L'electricitat es produeix pel canvi de camp magnètic. El fenomen
també s'anomena "inducció electromagnètica." De la mateixa manera el camp
magnètic es produeix pel moviment de les càrregues elèctriques.

14. 14
Electroquímica :-
La capacitat de reaccions químiques per a produir electricitat, i per contra la
capacitat de l'electricitat per conduir reaccions químiques té una àmplia gamma
d'usos.
Electroquímica sempre ha estat una part important de l'electricitat. Des de la
invenció inicial de la pila voltaica, cèl·lules electroquímiques s'han convertit en els
diferents tipus de bateries, galvanoplàstia i cel d'electròlisi. L'alumini es produeix en
grans quantitats d'aquesta manera, i molts dispositius portàtils són alimentats
elèctricament mitjançant bateries recarregables.

15. 15
Ona electromagnètica :-
Les ones electromagnètiques són ones que poden viatjar a través del buit de l'espai
exterior. Ones mecàniques, a diferència de les ones electromagnètiques,
requereixen la presència d'un medi material per tal de transportar la seva energia
d'un lloc a un altre.
Una ona d'energia que té una freqüència dins de l'espectre electromagnètic i
propagada tal com una pertorbació periòdica del camp electromagnètic quan una
càrrega elèctrica oscil·la o accelera.

16. 16
3. Conductors
3.1. Que es la Conductivitat?
La conductivitat elèctrica és la mesura de la capacitat d'un material per acomodar
el transport d'una càrrega elèctrica. La seva unitat derivada del SI és el siemens per
metre (A2s3m-3kg-1) (el nom de Werner von Siemens) o, més simplement, Sm-1.
És la relació de la densitat de corrent a la força del camp elèctric o, en termes més
pràctics, és equivalent a la conductància elèctrica mesurada entre les cares
oposades d'un cub d'1 metre del material sota prova.
Com a símbol de la conductivitat elèctrica trobem (kappa), sinó també (sigma) o
(gamma).
Conductància és un fenomen elèctric que un material conté partícules mòbils amb
càrrega elèctrica (tals electrons), el que pot conduir l'electricitat. Quan una
diferència de potencial elèctric es col·loca a través d'un conductor, les seves
càrregues mòbils flueixen, i apareix un corrent elèctric. Un conductor tal com un
metall té alta conductivitat, i un aïllant com glassor un buit té una baixa conductivitat.
Un semiconductor té una conductivitat que varia àmpliament en diferents
condicions. La conductivitat elèctrica és la inversa (o inversa) de resistivitat
elèctrica.

17. 17
3.2. Un conductor?
Un conductor elèctric és aquell cos que posat en contacte amb un cos carregat
d'electricitat transmet aquesta a tots els punts de la seva superfície. Generalment
elements, aliatges o compostos amb electrons lliures que permeten el moviment de
càrregues.
Els elements capaços de conduir l'electricitat quan són sotmesos a una diferència
de potencial elèctric més comuns són els metalls, i el coure el mes usat d'entre tots
ells, un altre metall utilitzat és l'alumini i en aplicacions especials, per la seva baixa
resistivitat i duresa a la corrosió, s'usa l'or. Encara que tots els metalls són
conductors elèctrics existeixen altres materials, no metàl·lics, que també
posseeixen la propietat de conduir l'electricitat com són el grafit, les solucions
salines (pe l'aigua de mar) i qualsevol material en estat de plasma.
Perquè un material es consideri bon conductor es requereix que tingui una baixa
resistència o resistivitat per evitar elevades caigudes de tensió i pèrdues
desmesurades pel Efecte Joule.

18. 18
3.3. El us del conductors
Aplicacions dels conductors:-
Per al transport de l'energia elèctrica, així com per a qualsevol instal·lació d'ús
domèstic o industrial, el metall emprat universalment és el coure en forma de cables
d'un o diversos fils. Alternativament s'empra l'alumini, metall que si bé té una
conductivitat elèctrica de l'ordre del 60% de la del coure és, però, un material molt
més lleuger, el que afavoreix la seva ocupació en línies de transmissió d'energia
elèctrica.
Conduir l'electricitat d'un punt a un altre (passar electrons a través del conductor,
els electrons flueixen a causa de la diferència de potencial).
Crear Camps electromagnètics en constituir bobines i electroimants.
Modificar la tensió en constituir transformadors.

19. 19
3.4. MaterialsConductors
Els materials que son bon conductor de electricitat són normalments metalls com:-
Or Coure
Plata Alumini
Ferro Zinc
Conductors en estat líquid altres conductors com la terra cos
humà com aigua amb sal arbres, etc….

20. 20
4. Resistència elèctrica
4.1 Que es la Resistència elèctrica?
Se li denomina resistència elèctrica a la igualtat d'oposició que tenen els electrons
al desplaçar-se a través d'un conductor. La unitat de resistència en el Sistema
Internacional és l'ohm, que es representa amb la lletra grega omega (Ω), en honor
al físic alemany George Ohm, qui va descobrir el principi que ara porta el seu nom.
La resistència està donada per la següent fórmula:
On ρ és el coeficient de proporcionalitat o la resistivitat del material.
La resistència d'un material depèn directament d'aquest coeficient, més és
directament proporcional a la seva longitud (augmenta a mesura que és més gran
la seva longitud) i és inversament proporcional a la seva secció transversal
(disminueix a mesura que augmenta el seu gruix o secció transversal)
Descoberta per Georg Ohm en 1827, la resistència elèctrica té una semblança
conceptual a la fricció en la física mecànica. La unitat de la resistència en el Sistema
Internacional d'Unitats és l'ohm (Ω). Per a la seva mesura, en la pràctica existeixen
diversos mètodes, entre els quals es troba l'ús d'un ohmímetre. A més, la seva
quantitat recíproca és la conductància, mesurada en Siemens.
A més, d'acord amb la llei d'Ohm la resistència d'un material pot definir-se com la
raó entre la diferència de potencial elèctric i el corrent en que travessa aquesta
resistència, així: On R és la resistència en ohms, V és la diferència de potencial en
volts i I és la intensitat de corrent en amperes.

21. 21
4.2 Causes de la resistènciaelèctrica?
En un metall, els àtoms estan disposats en una configuració de similars a
vidre. El tipus de metall es determinarà com es disposen els bons, i com de
prop estan agrupats els àtoms. Els electrons poden habitar nivells d'energia.
Generalment, només els electrons "externs" en un àtom interactuen per
formar els enllaços amb altres àtoms. Aquests electrons externs es mantenen
a l'àtom amb una quantitat relativament petita d'energia. Normalment, habiten
un nivell d'energia que anomenem la banda de valència. Aquest és el seu
estat de "terra". L'addició d'energia pot augmentar aquests electrons de la
banda de valència i la banda a "conducció". A la banda de conducció que són
lliures de moure dins de l'estructura cristal·lí. L'aplicació d'un potencial elèctric
influir-hi per moure en una direcció particular.
Ara, en un metall, la banda de valència està relativament a prop de la banda
de conducció - és a dir, cal molt poca energia per causar electrons per saltar
del seu estat de valència a la banda de conducció. De fet, pensem en els
metalls que tenen una gran població d'electrons lliures a la banda de
conducció en tot moment. Així l'aplicació de potencial elèctric farà que es
mouen - un flux de corrent. Així, els metalls tenen generalment un relativament
baix (encara que no zero) de resistència. En un material tal com vidre, hi ha
una gran diferència d'energia entre la valència i la banda de conducció. Això
vol dir que hi ha molt pocs electrons lliures disponibles per al flux de corrent,
i es necessita una gran aportació d'energia per elevar qualsevol electrons a la
banda de conducció.
Dins d'un conductor de metall, encara que hi ha electrons lliures, encara hi ha
resistència al flux de corrent. Això pot ser descrita per models senzills, però
pel que sembla només teories quàntiques d'electrons tractar amb precisió el
comportament dels metalls sota condicions extremes, com temperatures molt
baixes. Substitució de la idea dels electrons com partícules amb electrons
com a ones resol els problemes dels models més senzills. Pot imaginar
aquestes ones d'electrons oscil·lants a través de la retícula de metall (que
també pot ser representat com una estructura en forma d'ona) - la
interferència de l'estructura reticular amb els electrons causa resistència.

22. 22
Aquesta resistència és causada principalment per dues coses. Un d'ells és
impureses en el metall, que causen irregularitats en la periodicitat de la xarxa.
L'altre és la pertorbació o "vibració" de la xarxa causada per la calor. Atès que
alguns de calor està sempre present (excepte en el zero absolut) sempre hi
ha una mica de resistència d'aquesta font que impedeix que els electrons de
navegar a través.
4.3 Seu efecte en el transportde Energia?
La resistència és responsable d'una dissipaciód'energia en forma de calor, aquesta
propietat es denomina efecte Joule. Quan un corrent I flueix a través d'un objecte
amb una resistència R, l'energia elèctrica es converteix en calor en un proporció de
potència igual a:

23. 23
5. Superconductor i la Superconductivitat
5.1 Quan es va descobrirper primeravegada?
En el segle XIX es van dur a terme diversos experiments per mesurar la resistència
elèctrica a baixes temperatures, sento James Dewar el primer pioner en aquest
camp.
No obstant això, la superconductivitat com a tal no es descobriria fins a 1911, any
en què el físic holandès Heike Kamerlingh Onnes va observar que la resistència
elèctrica del mercuri desapareixia bruscament en refredar a 4 K (-269 ° C), quan el
que s'esperava era que disminuís gradualment fins al zero absolut. Gràcies als seus
descobriments, principalment pel seu mètode per aconseguir la producció d'heli
líquid, rebria dos anys més tard el premi Nobel de física. Durant els primers anys el
fenomen va ser conegut com supraconductivitat.
El 1913 es descobreix que un camp magnètic suficientment gran també destrueix
l'estat superconductor, descobrint-tres anys després l'existència d'un corrent
elèctric crítica.
Ja que es tracta d'un fenomen essencialment quàntic, no es van fer grans avanços
en la comprensió de la superconductivitat, ja que la comprensió i les eines
matemàtiques que disposaven els físics de l'època no van ser suficients per afrontar
el problema fins als anys cinquanta. Per això, la investigació va ser fins llavors
merament fenomenològica, com ara el descobriment de l'efecte Meissner el 1933 i
la seva primera explicació mitjançant el desenvolupament de l'equació de London
dos anys més tard per part dels germans Fritz i Heinz London.
Les teories principals
Els majors avanços en la comprensió de la superconductivitat van tenir lloc en els
anys cinquanta: el 1950 és publicada la teoria Ginzburg-Landau, i el 1957 veuria la
llum la teoria BCS.
La teoria BCS va ser desenvolupada per Bardeen, Cooper i Schrieffer (dels seus
inicials sorgeix el nom BCS), gràcies al qual els tres rebrien el premi Nobel de física
en 1972 Aquesta teoria es va poder desenvolupar gràcies a dues pistes
fonamentals ofertes per físics experimentals a principis dels anys cinquanta:

24. 24
El descobriment de l'efecte isotòpic en 1950 (que va vincular la superconductivitat
amb la xarxa cristal·lina),
i el descobriment de Lars Onsager en 1953 que els portadors de càrrega són en
realitat parelles d'electrons anomenats parells de Cooper (resultat d'experiments
sobre la quantització flux magnètic que passa a través d'un anell superconductor).
La teoria Ginzburg-Landau és una generalització de la teoria de London
desenvolupada per Vitaly Ginzburg i Lev Landau en1950.1 Si bé aquesta teoria
precedeix set anys a la teoria BCS, els físics d'Europa Occidental i els Estats Units
li van prestar poca atenció pel seu caràcter més fenomenològic que teòric, unit a la
incomunicació d'aquells anys entre ambdós costats del Teló d'Acer. Aquesta
situació va canviar el 1959, any en què Lev Gorkov va demostrar que es podia
derivar rigorosament a partir de la teoria microscòpica en un article que també va
publicar a anglès.
El 1962 Brian David Joseph son va predir que podria haver corrent elèctric entre
dos conductors fins i tot si hi hagués una petita separació entre aquests, a causa
del efecte túnel. Un any més tard Anderson i Rowell ho van confirmar
experimentalment. L'efecte seria conegut com a efecte Josephson, i està entre els
fenòmens més importants dels superconductors, tenint gran varietat d'aplicacions,
des de la magneto encefalografia fins a la predicció de terratrèmols.

25. 25
5.2 Que és la Superconductivitat?
La superconductivitat(efecte pel qual un camp magnètic provoca l'aparició d'un
corrent elèctric en un conductor.) és la capacitat intrínseca que posseeixen certs
materials per conduir el corrent elèctric amb resistència nul·la en determinades
condicions. La superconductivitat es dóna per sota d'una determinada temperatura;
no obstant això, no és suficient amb refredar el material, també és necessari no
excedir un corrent crític ni un camp magnètic crític per poder mantenir l'estat
superconductor. Aquesta propietat va ser descoberta en 1911 pel físic holandès
Heike Kamerlingh Onnes, quan va observar que la resistència elèctrica del mercuri
desapareixia quan el refredava a 4 K (-269 °C).
El fenomen es produeix en diversos materials: des d'elements simples, com l'estany
i l'alumini, a semiconductors molt dopats i determinats compostos ceràmics que
contenen plans d'àtoms de coure i oxigen. No es produeix en metalls com l'or o la
plata ni en la majoria de metalls ferromagnètics.
La superconductivitat és un efecte purament quàntic, i no es pot entendre
extrapolant les lleis clàssiques de la conductivitat elèctrica i l'electromagnetisme.
Actualment, si bé es comprèn perfectament a nivell teòric el fenomen convencional
de la superconductivitat, encara no es disposa d'una explicació teòrica per a la
superconductivitat d'alta temperatura, descoberta el 1987 i que apareix en la
majoria de cuprats.

26. 26
5.3 Un Superconductor
Un superconductor és un material que pot conduir l'electricitat o el transport dels
electrons d'un àtom a un altre sense resistència. Això vol dir que no hi ha calor, so
o qualsevol altra forma d'energia serien alliberats a partir del material quan ha
arribat a "temperatura crítica" (Tc), o la temperatura a la qual el material es
converteix en superconductor. Desafortunadament, la majoria dels materials han
d'estar en un estat d'energia extremadament baixa (molt fred) per arribar a ser
superconductor. S'estan realitzant investigacions per desenvolupar compostos
que esdevenen superconductor a temperatures més altes. Actualment, una
quantitat excessiva d'energia ha de ser utilitzat en el procés de refredament fent
superconductors ineficient i antieconòmic.
Els superconductors són de dos tipus diferents: tipus I i tipus II. (1)

27. 27
Tipus I Els superconductors
Un superconductor de Tipus I es compon d'elements conductors bàsics que
s'utilitzen en tot, des del cablejat elèctric per microxips d'ordinador. Actualment,
els superconductors de tipus I tenen Tcs entre 0.000325 ° K i 7,8 ° K a pressió
normal. Alguns superconductors de tipus I requereixen una increïble quantitat de
pressió per tal d'aconseguir l'estat superconductor. Un d'aquests materials és
sofre que, requereix una pressió de 9,3 milions d'atmosferes (9,4 x 1011 N / m2) i
una temperatura de 17 K per arribar a la superconductivitat. Alguns altres
exemples dels superconductors de tipus I inclouen Mercuri - 4,15 ° K, s'avança -
7,2 ° K, alumini - 1.175 ° K i Zinc - 0,85 ° K. Aproximadament la meitat dels
elements en la taula periòdica se sap que són superconductors.
Els superconductors de tipus II
Un superconductor de Tipus II es compon de compostos metàl·lics com ara coure
o plom. Arriben a un estat superconductor a temperatures molt més altes en
comparació amb els superconductors de tipus I. La causa d'aquest augment brusc
de temperatura no s'entén completament. La major Tc aconseguir a pressió
Standard, fins a la data, és de 135 K o -138 ° C per un compost (HgBa2Ca2Cu3O8)
que cau en un grup dels superconductors coneguts com perovskitas de cuprato.
Aquest grup de superconductors generalment té una relació de 2 a 3 àtoms de
coure àtoms d'oxigen, i es considera que és una ceràmica. Tipus superconductors
II també pot ser penetrat per un camp magnètic, mentre que un tipus 1 no puc.

28. 28
5.4 Classificacionsde Superconductors
Resposta a un camp magnètic: Un superconductor pot ser de tipus I, el que
significa que té un únic camp crític, per sobre del qual es perd tota la
superconductivitat; o Tipus II, el que significa que té dos camps crítics, entre
els quals permet la penetració parcial del camp magnètic.
Per la teoria d'operació: És convencional si pot ser explicat per la teoria BCS
o els seus derivats, o no convencional, en cas contrari.
Per temperatura crítica: Un superconductor es considera generalment alta
temperatura si s'arriba a un estat superconductor quan es refreda amb
nitrogen líquid - és a dir, en només Tc> 77 K) - o baixa temperatura si es
requereixen tècniques de refredament més agressives per aconseguir la seva
temperatura crítica .
Pel material: classes de materials superconductors inclouen elements químics
(per exemple, mercuri o plom), aliatges (com el niobi-titani, germani-niobi, i
nitrur de niobi), ceràmica (YBCO i diboruro de magnesi), o els
superconductors orgànics (ful·lerens i els nano tubs de carboni , encara que
tal vegada aquests exemples s'han d'incloure entre els elements químics, ja
que es componen enterament de carboni).
5.5 Teories de la Superconductivitat

29. 29
5.5 Teories de la Superconductivitat
Teoria fenomenològica de la Superconductivitat Ginzburg-Landau
La primera teoria fenomenològica de la superconductivitat acceptada fou la teoria
de transicions de fase de Ginzburg-Landau. Aquesta teoria es basa en assumir que
el comportament dels electrons s’ha de representar com la funció ψ d’una ona.
Aleshores aquests dos físics van afirmar que | ψ |2 és igual a la densitat d’electrons
superconductors.
A partir de l’observació experimental (i no pas a partir de càlculs quàntics) aquests
físics van establir el que s’anomena paràmetre d’ordre, que és aquell paràmetre
que ens defineix l’ordre i desordre d’un element, determinant les transicions d’estat
superconductor. Però tot aquest càlcul sorgeix de l’observació de dos paràmetres
clau per caracteritzar els superconductors: la longitud de coherència (longitud de
correlació amb el paràmetre d’ordre, distància sobre la qual el paràmetre d’ordre
pot variar) i la longitud de penetració (distància sobre la qual el camp magnètic pot
variar). El paràmetre d’ordre permet classificar els superconductor en dos tipus (I i
II), depenent de si són majors o menors a un nombre establert.
Teoria microscòpica de la Superconductivitat BCS
L’any 1957 tres físics (John Bardeen, Leon Cooper i Robert Schrieffer,) varen
desenvolupar la teoria BCS, que fou la teoria microscòpia de la Superconductivitat,
amb la qual pretenen explicar el fenomen mitjançant la descripció del comportament
dels àtoms. La realització d’aquesta teoria els va suposar rebre el premi Nobel l’any
1972.
Aquesta teoria afirma que els electrons que flueixen a través d’un cos SC s’agrupen
en parells, anomenats parells de Cooper. Aquests es poden considerar
quasipartícules, i estan lligats per un fonó, és a dir, per una vibració de la xarxa
cristal·lina d’un material. Quan un parell d’electrons es mou a través de la xarxa
cristal·lina, deixa anar una estela que és aprofitada pels següents parells com a
camí a través de la xarxa, evitant col·lisions amb altres partícules, fet que
obstaculitzaria el fluid i generaria resistència elèctrica. Tot això és suposant que el
sistema està a prop del zero absolut i per tant, l’activitat molecular és molt reduïda.
Per explicar la T crítica, es basen que a mesura que quan la temperatura puja, les
vibracions moleculars augmenten, i per tant augmenten les vibracions de la xarxa
cristal·lina, fins que els parells de Cooper s’acaben trencant, ja no formen l’estela, i
apareix resistència.

30. 30
Comparació i conclusions
Després d’analitzar les dues teories, he pogut constatar que cap es pot aplicar pel
fenomen en general, ja que en elles no podem trobar encara l’explicació del
fenomen en tots els casos.
Pel que fa a la teoria G-L, es basa en fets massa fenomenològics però no dona una
explicació del sistema molecular dels SC i les seves característiques, és a dir, que
explica que hi ha un paràmetre d’ordre, però no explica com es genera aquest ordre
o desordre.
I pel que fa a la teoria BCS, que semblava culminar l’objectiu d’intentar trobar una
teoria per desvelar tots els misteris del funcionament d’aquest fenomen, he de dir
que se’n va a norris quan es van descobrir els SC d’alta temperatura. Ja que
aquesta teoria es basa en sistemes propers al 0 absolut, on els àtoms quasi no es
poden ni moure.
És per això que encara no hi ha una teoria de la superconductivitat completa i
correcte. És per això que encara avui està en procés d’investigació. Ries de la
Superconductivitat

31. 31
5.7 El Supermagnetismeen els Superconductors
Els superconductors tenen unes característiques magnètiques molt peculiars,
sobretot pel que fa a l’efecte Meissner, que és aquella propietat en la qual el
superconductor esdevé diamagnètic, i el camp no pot entrar.
Però a part de l’efecte Meissner, hi ha un altre característica molt important,
que és el flux atrapat. El flux atrapat, també anomenat camp atrapat, és quan
el superconductor és afectat per un camp mentre fa el canvi d’estat. D’aquesta
manera, el SC atrapa el flux del camp, i és per això que és possible la levitació
o també el fet de poder aguantar a un material ferromagnètic que està per
sota sense que caigui i a més a més sense estar en contacte amb el SC (13).
No obstant, aquesta característica del camp atrapat no es dóna en tots els
superconductors, sinó que es dóna només en els superconductors de tipus II (veure
apartat. Gràcies a les imperfeccions de l’estat superconductor de tipus II el camp
pot penetrar pels vòrtexs i és això el que permet que després es pugui donar el cas
del flux atrapat.

32. 32
6. Experiment
Materials de proba
Coure, Hierro, Plàstic, matèria orgànica(teixit de cotó), Carbon(mineral) i grafeno
Materials para obtenir dates
Multímetre , Clips crocodils, cables, Font de alimentació.
Materials per refredar
Gel sec o ben dit diòxid de carboni solid
Pas 1:-Medir la reistencia i intensitat de cada material a temperatura ambient .
Pas 2:-Posar els materials en diòxid de carboni solid un per un i medir la resistencia
i intensitat de cada materials

33. 33
Pas 3:-Veure la diferencia de resistència de materials i fer una gràfica.
Materials Intensitat
Tambient
Intensitat
TFred
Resistència
Tamb
Resistència
Tf red
Orgànic 0 A 0 A ∞ Ω ∞ Ω
Coure 0.38 A 0.37 A 13.15789474
Ω
13.51351351
Ω
Acer 0.38 A 0.40 A 13.15789474
Ω
12.5 Ω
Ferro 0.37 A 0.36 A 13.51351351
Ω
13.88888889
Ω
Grafeno 0 A 0 A ∞ Ω ∞ Ω
Carbon 0 A 0 A ∞ Ω ∞ Ω

34. 34
7. Avantatges i Desavantatges
Avantatges de Conductors
• Preu de la fabricació baixa
• Materials fàcils de Obtingueu
• Materials mes fàcil de tractar per poder fer-lo servir
• Mes fàcil de utilitzar
• Menys resistència que altres materials
• Menys fràgil
• Mes forca mecànica
Desavantatges de Conductors
• Pèrdua d'energia causat per la resistència
• Nomes els materials Metàl·lics són a els que podin transportar energia.
• La escassetat de materials Metàl·lics.
• La necessitat de purificar els minerals avanç de poder fer-lo servir
• La creació innecessària de camp magnètic causat per el flux de electrons que
causa la pèrdua de intensitat en la creació d'aquest camp magnètic.
Avantatges de Superconductors
• No hi ha pèrdua d'energia
• No hi pèrdua de intensitat per que no és crea cap camp magnètic
• Com que no hi ha pèrdua d'energia el cost perdut és salva.
Desavantatges de Superconductors
• La limitat d'operar a unes temperatures restringides
• Fragilitat i sensibilitat als canvis en els camps magnètics.
• Per poder arribar a temperatures tan Rates és Necessari 1 Processos cars
• Nomes podin funcionar a corrents continus i no a corrent altern per la creació de
camps magnètics que podin desestabilitzar a si mateix i així no funcionar.

35. 35
8. Conclusió
- La superconductivitat és un fenomen basat en la característica principal: que és
que condueix tot el corrent. A partir d’aquesta característica se’n deriva tot un seguit
d’altres característiques, propietats i altres aspectes que fan que aquest fenomen
sigui tant extens i tingui tantes aplicacions.
- La superconductivitat és un estat que trenca algunes lleis materials. Sobretot pel
que fa als aspectes elèctrics, és difícil o fins i tot impossible d’aplicar les lleis com
si fos un material normal. Tot i això, també cal considerar que les condicions amb
les quals s’ha de trobar són tant rares com el propi fenomen, encara que cada cop
són més fàcils d’obtenir.
La superconductivitat no és un descobriment científic exageradament nou, sinó que
es va descobrir ja fa quasi 100 anys. El que passa, és que fins que no es van
descobrir els SCAT al 1986 no es va començar a investigar amb més profunditat.
- Encara avui en dia, no hi ha una explicació teòrica certa per tots els
superconductors, i malgrat l’intent de la teoria BCS, que es va apropar molt, cal
seguir investigant i cal seguir pensant per tal de donar una explicació d’aquest
fenomen.
Al principi del treball tenia una hipòtesi: que la superconductivitat era un fenomen
poc conegut, però que en canvi tenia una gran projecció i podia ser molt important
pel futur. Ara que ja he finalitzat el treball puc afirmar que la meva hipòtesi era
totalment certa, però encara no sabem si serà tant important, tot depèn de si hi ha
més descobriments i si les empreses s’interessen finalment.
Hi ha aspectes del fenomen que no he pogut entendre del tot, i és que de fet està
dins de la branca de física quàntica, és a dir, d’aquella part de la física que estudia
les partícules atòmiques i el seu comportament. Aquesta branca és molt
complicada, i és per això que no he volgut entrar massa en qüestions de fórmules,
ja que encara no tinc els coneixements suficients.
Encara que hagi fet un treball extens, crec que encara m’han quedat moltes coses
per explicar i moltes coses per aprendre. Això demostra que la Superconductivitat
té una gran extensió i és un món.
Ara escric una frases que m’he trobat en el desenvolupament d’aquest treball i que
tenen molt a veure amb la superconductivitat;

36. 36
-HUMOR: “- Què li diu un superconductor a un altre? – Quin fred que fa! No
resisteixo més.
9. Bibliografia
Superconductivity
By Charles P.Poole, Jr. Horacio, A. Farach and Richard J. Creswick
(University of South Carolina, Columbia)
ISBN: 0-12-561455-1
CODI UPC: 1400286999
Superconductividad. El umbral de una nueva tecnología.
By Jonathan L.Mayo
(Serie McGraw-Hill de Divulgación Científica)
Applied Superconductivity
By A.M. Wolsky et al
(Noyer Data Corporation)
ISBN: 0-8155-1191-4
CODI UPC: 1400134155
Introduction to Superconductivity (2nd Edition)
By A.C. Rose-Innes and E.H. Rhoderick
(University of Manchester Institute of Science and Technology)
ISBN: 0-08-021651
CODI UPC: 1400524362
Superconductividad
By Miguel Ángel Alario i José Luis Vicent
(Eudema Universidad, Textos de Apoyo)
ISBN: 84-7754-072-1
CODI UPC: 1400268626

37. 37
La superconductividad. Histories y llegendes.
By Sven Ortoli and Jean Klein
ISBN: 84-345-8880-3
→PàginesWeb:
- http://www.dicat.csic.es/dossicat.html Explicació sobre l’estudi del CSIC en la
recerca de la superconductivitat.
- http://ca.wikipedia.org/wiki/Superconductivitat L’explicació de la superconductivitat
en l’enciclopèdia Vikipèdia en català.
- http://es.wikipedia.org/wiki/Superconductividad L’explicació de la
superconductivitat e l’enciclopèdia Vikipèdia en castellà.
- http://ca.wikipedia.org/wiki/Superconductivitat_d'alta_temperatura L’explicació de
la Superconductivitat d’Alta Temperatura en l’enciclopèdia Wikipèdia.
- http://www.geocities.com/treball_sc/index.html Treball de Recerca sobre la
superconductivitat realitzat ja fa 4 anys i publicat a Internet.
- http://www.superconductivity.hu/cat/index.html Bona pàgina que es basa en els
aspectes més fenomenològics i en les aplicacions sorprenents, és basa en les
exposicions realitzades a les universitats de Catalunya.
- http://www.latalaia.net/cat/article.asp?art=301 Article del Xavier Granados i el
Xavier Obradors, dos importants físics de l’ICMAB que tracten d’explicar d’una
manera senzilla les característiques del fenomen.
- http://www.xtec.es/cdec/expo_c/guia.htm Pàgina que tracta sobre l’exposició “La
màgia dels Superconductors” realitzada arreu de les Universitats de Catalunya.
- http://www.mty.itesm.mx/etie/deptos/f/f00-892/pres/super.pdf Pàgina que explica
quasi tots els aspectes del fenomen sense entrar en detall.
http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/064/htm/lossuper.h
tm Pàgina molt completa en diversos aspectes del fenomen, com per exemple la
tipologia de materials superconductors (en castellà).
- http://www.theva.com/ Empresa de productes Superconductors (en anglès)
- http://www.physnet.uni-hamburg.de/home/vms/reimer/htc/pt1.html Pàgina molt
interessant, ja que vas avançant amb diferents apartats (en anglès) .
http://www.vjsuper.org/super/ Pàgina de Jornades Virtuals (en anglès) que es fan
de Superconductivitat.

38. 38
http://www.superconductors.org Pàgina en anglès que és com la més oficial
d’àmbit internacional. Ja que explica el fenomen al complet i fins i tot te apartats
com per exemple Notícies del món de la superconductivitat.
http://www.ornl.gov/info/reports/m/ornlm3063r1/contents.html Guia de Professors
en Anglès per tal d’impartir classe d’anglès.
http://www.csr.umd.edu/csrpage/index.html Centre de Recerca de
Superconductivitat (en anglès).
http://superconductor.8k.com/ Pàgina que explica com fabricar un superconductor
en castellà.
http://www.cienciasmisticas.com.ar/electronica/comunicaciones/sconductores/inde
x.php Pàgina molt espessa per la superconductivitat.
- http://www.cienciahoy.org.ar/hoy01/superconductividad.htm Bona Pàgina que
parla del fenomen amb només un avançament d’una pàgina.
- http://www.biada.org/alumnes/ltinoco/frame1.htm Treball de Recerca sobre el
Tren Magnètic.
- http://www.mtas.es/insht/ipcsnspn/nspn1199.htm Característiques del Nitrogen
líquid
- http://www.mtas.es//insht/ipcsnspn/nspn0001.htm Característiques de l’Hidrogen
líquid.
- http://www.mtas.es//insht/ipcsnspn/nspn0603.htm Característiques de L’Heli
líquid.
- http://cabtes55.cnea.gov.ar/personales/kolton/tesis/node3.html Pàgina que parla
dels Vòrtexs dels SC.
- http://ca.wikipedia.org/wiki/Teoria_BCS Pàgina que explica la teoria BCS al
Vikipèdia en català.
- http://ca.wikipedia.org/wiki/Parell_de_Cooper Pàgina que parla dels Parells de
Cooper al Vikipèdia en català.
- http://webs.wichita.edu/facsme/nitro.htm Pràctiques amb Nitrogen Líquid (anglès)
- http://www.tdx.cbuc.es/TESIS_UPC/AVAILABLE/TDX-0109103-180241/ Pàgina
d’un estudiant de l’UPC d’un doctorat de la realització d’un motor superconductor.

39. 39
→Llocs visitats:
- la Biblioteca Pública de la diputació de Barcelona de Bellvitge.
→Programariutilitzat
- Microsoft Word 2013 – Per la redacció de la memòria
- Microsoft Excel 2013 – Per creació de taules i fer càlculs.
- Adobe Photoshop CC – Per tractar les imatges.
-Sony Vegas 15 PRO– Per a tractar els vídeos i algunes imatges.
- Chrome 18.2 – Per obtenir la informació per Internet.
-Windows 10 –Per poder executar els programes

40. 40
9. Agraïments
- A totes les persones que m’han ajudat del centre INS-EUROPA. Concretament
estic parlant de oliver, i especialment el Andrés Fernàndez, que m’han ates sempre
que ho he necessitat, m’han resolt tots els dubtes, i m’han ajudat a realitzar el
experiment. A més a més, totes les pràctiques del experiment i de l’observació de
la baixa resistència les he fet allà, per la qual cosa els hi estic molt agraït.
- A la meva família, que m’ha recolzat i m’ha ajudat sempre que ho he necessitat.
Ja sigui per fer fotografies, pels consells que m’han donat, per decisions que he
hagut de prendre o per la necessitat de diners.