Fuerza del campo magnético alrededor de un superconductor

Recientemente aprendí que la fuerza de un campo magnético alrededor de un conductor es proporcional a la corriente que fluye por él. Entonces, si tenemos un cable de Mercurio en el cero absoluto y pasamos una corriente a través de él (Resistencia = 0) y luego le arrojamos algunas limaduras de hierro, ¿flotarán las limaduras cilíndricas alrededor del conductor (a lo largo de las líneas del campo magnético) debido a la fuerza extrema? del campo o simplemente comportarse como lo hacen para un conductor ordinario (como el Cobre), en cuyo caso debemos apoyar las limaduras sobre cartón y luego darle un tirón para alinearlo a lo largo de las líneas.

No hay diferencia cualitativa entre un conductor ordinario y un superconductor aquí. Un superconductor puede, en la misma sección transversal, transportar mucha más corriente que un cable de cobre, pero aún llega a un límite en algún punto (la corriente debe suministrarse desde alguna fuente).

Respuestas (1)

Lo primero: incluso con campos enormes, el hierro no "flotará" así en movimiento circular. El hierro siempre será atraído por la región donde el campo magnético es más intenso: que está en contacto con el conductor/superconductor.

Además, existe un límite para el campo magnético que se puede lograr con cualquier superconductor: se denomina campo crítico. Hay 2 tipos de campos críticos, Hc_1 y Hc_2, que corresponden a 2 cosas:

  • Hc_1 corresponde al campo máximo que puede ser "expulsado" (apantallado) automáticamente por el superconductor (efecto Meissner: http://en.wikipedia.org/wiki/Meissner_effect ). Corresponde a una energía magnética (B^2/(2*µ0) localmente) que es igual a la diferencia de energía volumétrica en el campo cero, entre los estados macroscópicos normales (resistivos) y superconductores.
  • Hc_2 corresponde a otro límite, que solo existe en los llamados superconductores tipo II: cuando se alcanza Hc_1, todo el superconductor a granel pasa al estado resistivo (superconductores tipo I) o se forma una interfaz, entre una región resistiva cerrada (en un tubo como forma), y la región superconductora circundante. La región resistiva deja fluir un cuanto de campo magnético (h/e_s, donde e_s es la carga del par superconductor, normalmente 2*e, el doble de la carga del electrón), mientras que la corriente para confinarlo fluye en el entorno superconductor cercano. Estos "vórtices cuánticos" se multiplican para dejar fluir el exceso de campo magnético, hasta que su densidad vuelve a ser demasiado alta para que todo el superconductor siga siendo superconductor: de nuevo una cuestión de menor energía. Demasiadas interfaces, muy pocos superconductores a granel para reducir la energía general, y todo el superconductor transita al estado resistivo. Este campo, ligado a la densidad demasiado alta de vórtices, es Hc_2. Es del orden de 10-20 Tesla en el mejor de los casos (Nb3Sn, Niobium-Tin: 15 Tesla), normalmente mucho menos.

La "flotación" de los imanes sobre los superconductores se debe a estos vórtices, que no pueden moverse en el espacio con tanta libertad como las líneas de flujo magnético habituales en el vacío. Este fenómeno "atrapa" el campo exactamente como es, y el imán con él, y solo una fuerza por encima de cierto umbral (normalmente superior al peso del imán utilizado para la demostración) puede mover las líneas de flujo magnético dentro del superconductor.

Este "flotante" es la única diferencia en principio entre los superconductores y los conductores habituales.

Una última cosa: puedes tener objetos, incluso criaturas vivas como ranas, flotando dentro de una bobina de cobre, pero esto sucede solo con campos muy altos (más de 10 Teslas para el agua, ver http://en.wikipedia.org/wiki/ Levitación_magnética#diamagnetismo )

Espero haber respondido a tu pregunta :-)