Heike Kamerlingh Onnes: superconductividad y contribuciones

¿Qué es la superconductividad?

En la mayoría de las circunstancias, cuando la corriente eléctrica atraviesa un cable metálico, el cable se calienta al menos un poco. A veces, ¡incluso hace mucho calor! Esto se debe a que el cable tiene cierta resistencia al flujo de electricidad a través de él. Debido a que es difícil para los electrones pasar a través del cable, gran parte de su energía se convierte en calor, lo que hace que el cable se caliente. Confiamos en este efecto para calentar electrodomésticos como tostadoras, calentadores eléctricos y planchas. Sin embargo, esto puede ser malo cuando los cables transportan electricidad a largas distancias o cuando están dentro de las paredes de su hogar. Allí, si hace demasiado calor, ¡tu casa podría incendiarse! Además, se desperdicia mucha energía debido a la resistencia eléctrica en el cableado.

En esta plancha eléctrica, la energía transportada por los electrones en movimiento se convierte en calor porque el metal de la plancha tiene resistencia eléctrica.

Sería genial si hubiera algunos materiales que NO tuvieran resistencia, ¿verdad? Entonces, la transmisión de energía sería mucho, mucho más eficiente. Resulta que hay algunos materiales que no tienen resistencia eléctrica. Estos materiales especiales se denominan superconductores . Sin embargo, hasta ahora, todos los superconductores conocidos solo comienzan a mostrar superconductividad a temperaturas muy bajas, por lo que aún no estamos listos para transmitir electricidad a largas distancias a través de cables superconductores.

Sin embargo, siguen siendo bastante sorprendentes y ya se están utilizando en muchas aplicaciones, desde trenes que levitan magnéticamente hasta imágenes por resonancia magnética (IRM) del interior del cuerpo humano.

¿Quién era Heike Kamerlingh Onnes?

¿Cómo descubrimos por primera vez estos esquivos superconductores? Por eso, podemos agradecer a un físico holandés llamado Heike Kamerlingh Onnes . Onnes nació en la ciudad de Groningen, en el extremo norte de los Países Bajos, en 1853. Después de asistir a la escuela secundaria local, se matriculó en la Universidad de Groningen, graduándose en 1871. Después de trabajar con el famoso científico Gustav Kirchhoff durante unos años en Alemania, Onnes regresó a Groningen y completó un doctorado. grado en 1879.

El físico holandés Heike Onnes descubrió el fenómeno de la superconductividad.

En 1882, Onnes se convirtió en profesor de física experimental en la Universidad de Leiden, que también se encuentra en los Países Bajos. Después de instalar su laboratorio en Leiden, Onnes se interesó mucho en estudiar el comportamiento de los materiales a temperaturas muy bajas, y dedicó el resto de su vida a esta búsqueda.

Primero se propuso crear hidrógeno líquido, que ahora sabemos que solo cambia de gas a líquido a unos -250 grados Celsius. Desafortunadamente, un científico rival llamado James Dewar se le adelantó. Sin inmutarse, comenzó a trabajar para crear helio líquido, ¡y finalmente pudo hacerlo en 1908! Logró enfriar una pequeña muestra de helio hasta casi el cero absoluto, que era la temperatura más baja que cualquier científico había podido producir en un laboratorio.

El descubrimiento de la superconductividad

Una vez que pudo generar de manera confiable estas temperaturas realmente frías utilizando helio líquido, centró su atención en investigar las propiedades eléctricas de los materiales a medida que su temperatura se acercaba al cero absoluto. Trabajando con mercurio, mostró que la resistencia eléctrica disminuía lentamente a medida que el metal se enfriaba cada vez más. Luego, cuando alcanzó una temperatura de 4,19 grados Kelvin, sucedió algo inesperado y verdaderamente notable. De repente, toda la resistencia del mercurio desapareció. A temperaturas por debajo de 4,19 Kelvin, el mercurio se convirtió en un superconductor.

Esto era algo que nadie había predicho que sucedería, e incluso Onnes se sorprendió por los resultados. Repitió el experimento una y otra vez, y cada vez sucedió lo mismo. Finalmente, estaba convencido de que se trataba de un fenómeno real y publicó sus resultados en 1911. Durante los años siguientes, demostró que la superconductividad no era solo una propiedad del mercurio. Otros metales, como el plomo y el estaño, también se convirtieron en superconductores a temperaturas muy bajas.

Heike Onnes (a la derecha) demostrando su trabajo a otros científicos.

En 1913, Heike Onnes recibió el Premio Nobel de Física por el trabajo que había realizado a temperaturas extremadamente bajas. El comité del Nobel mencionó específicamente el hecho de que había logrado licuar el helio, pero no dijo nada sobre su descubrimiento de la superconductividad. Sin embargo, hoy en día es más conocido como el científico que encontró el primer superconductor.

Onnes murió en 1926 y, a pesar de descubrir varios metales superconductores, nunca pudo explicar completamente por qué algunos metales podían convertirse en superconductores a bajas temperaturas. Pasarían otros treinta años antes de que otros científicos pudieran desarrollar una teoría para explicar la superconductividad. Luego, en 1986, se descubrieron aleaciones que podrían convertirse en superconductores a temperaturas relativamente altas. Esto significó que el nitrógeno líquido, que es relativamente barato y abundante, podría usarse para crear superconductividad en lugar de helio líquido, que es mucho más difícil y costoso de producir. De repente, fue posible utilizar superconductores en todo tipo de aplicaciones.

La investigación sobre la superconductividad todavía está en curso hoy. Científicos de todo el mundo están trabajando para encontrar metales que se conviertan en superconductores a temperaturas cada vez más altas, ¡con la esperanza de encontrar un superconductor a temperatura ambiente! También se están desarrollando nuevas aplicaciones de superconductores. Nada de esto sería posible sin el trabajo pionero de Heike Kamerlingh Onnes.

Resumen de la lección

Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) fue un científico holandés conocido como el “caballero del cero absoluto” por su innovador trabajo en física de bajas temperaturas. Fue la primera persona en crear helio líquido y enfriarlo a temperaturas justo por encima del cero absoluto. Luego utilizó helio líquido para investigar las propiedades eléctricas de varios metales a temperaturas muy bajas. En 1911, descubrió que cuando el mercurio se enfriaba a 4,19 grados Kelvin, su resistencia eléctrica desaparecía repentina y por completo, convirtiendo al mercurio en el primer superconductor jamás descubierto. Por sus contribuciones a la ciencia, Onnes recibió el Premio Nobel de Física en 1913.