Superconductividad: ¿por qué la resistencia no puede llegar a 0?

Cuando estudiamos electricidad en la escuela secundaria examinamos la resistencia de los conductores y su relación con la temperatura. Los diagramas muestran que la relación al principio es bastante lineal con la temperatura, pero a temperaturas muy bajas comienza a curvarse de tal manera que nunca llega a cero pero está cerca y el libro lo explica: "A bajas temperaturas comienza a curvarse porque el conductor no es de material puro tiene partículas de otros elementos y su efecto empieza a baja temperatura y así era lineal antes"

Mi pregunta es ¿cómo estos otros elementos evitan que llegue a 0 y por qué no tienen el mismo efecto en nuestro conductivo todo el tiempo? ¿Por qué solo se muestra a 159.7K e incluso menos?

La explicación es que a medida que se reduce la temperatura, el movimiento de los átomos se ralentiza, lo que se atribuye a una menor probabilidad de que el movimiento de los electrones se ralentice debido a que chocan con los átomos aumentando su velocidad, lo que significa que tienen menos resistencia.

¿Por qué la resistencia no puede llegar a cero?

¡Por favor, háganos saber qué libro es este para que podamos evitarlo! Incluso los conductores puros tienen curvas R frente a T no lineales, y muy pocos materiales son capaces de alcanzar la superconductividad independientemente de la temperatura.
Es el libro que se enseña en la escuela secundaria por aquí y está desactualizado y es engañoso, por eso pido que se corrija el error.
Uno de los libros aquí incluso dice que las leyes de Newton no son ciertas porque no se aplican a objetos grandes como los planetas... y sé lo que significan, ¡pero esa no es la forma de decirlo!

Respuestas (2)

A continuación, me centraré en la cantidad de corrección que se puede extraer de la declaración de su libro y a qué se refiere, según tengo entendido.

Hay muchos factores en juego en la determinación de la resistencia de un material. Dicho esto, imaginemos que el sistema que está considerando es un metal. Entonces, puede considerar que algunos electrones pueden moverse libremente como en un gas de electrones y están sujetos al potencial de los átomos que forman el cristal. En tal sistema, y ​​contrariamente a la intuición, si el cristal es perfecto, la resistencia debería ser 0. Esto se debe a que cristal perfecto significa simetría de traslación perfecta y, en este marco, puede demostrar que la velocidad de los electrones es constante.

¿De dónde viene la resistividad entonces? La respuesta está en el párrafo anterior: de las imperfecciones de la red cristalina. Su libro se refiere a dos de esas fuentes de imperfección:

  1. El movimiento de los núcleos atómicos que, cuando vibran, hacen imperfecta la simetría de traslación del cristal. En términos más simples, esto es temperatura: cuando T aumenta, aumenta el movimiento atómico, las imperfecciones del cristal son más importantes y aumenta la resistividad. Que esta relación sea lineal o no es otra cuestión que no consideraré aquí.
  2. Cuando T disminuye, los átomos que forman la red atómica se mueven cada vez menos. En el 0 absoluto, deberíamos esperar que se "congelen" y, por lo tanto, la resistividad debería ser cero. Esto no sucede así, porque una vez que la resistividad proveniente del movimiento atómico es lo suficientemente pequeña, entonces la resistividad proveniente de otras imperfecciones de la red se vuelve visible. Aquí su libro se refiere a las impurezas del cristal, que siempre existen en la naturaleza: reemplazar un átomo de Si en un cristal de silicio por algún otro elemento, o tener algún átomo faltante, rompe la simetría de traslación del sistema y, por lo tanto, induce resistividad.

La resistividad proveniente de las impurezas es pequeña y tiene una dependencia T muy muy débil. A todos los efectos prácticos puede considerarse constante. Por lo tanto, solo aparece a temperaturas muy bajas, porque para temperaturas más altas, está dominado por la contribución de resistividad proveniente del movimiento atómico.

Por supuesto, todo esto está demasiado simplificado, e incluso la afirmación aparentemente obvia de que los electrones "chocan con los átomos" es totalmente errónea a nivel microscópico, pero como primera aproximación, esto transmite algunos conceptos sobre el origen de la resistividad y algunos de sus dependencia de la temperatura.

¿Cómo funcionan estas impurezas si puede agregar por favor?
Si considera un cristal, por definición es la superposición de una red y un motivo repetido, que puede ser uno o varios átomos. Cualquier cosa que no se adhiera estrictamente a esta definición será considerada como una "impureza". Si considera una imperfección en la red, implica un defecto cristalino, que rompe la perfecta simetría traslacional. Incluso el hecho de que el cristal tenga dimensiones finitas es una imperfección. Las imperfecciones en el motivo surgen si dopa el material, es decir, reemplaza un átomo con otro tipo de átomo, en particular con una estructura electrónica diferente.

Cualquier cosa que perturbe la trayectoria de un electrón de corriente continua aparece como resistencia. Una red cristalina pura y perfecta tiene vibraciones térmicas. Los electrones se dispersan de los fonones. Los electrones actuales se dispersan de los electrones de valencia. Los electrones tienen spin-1/2. son fermiones. Solo dos pueden ocupar un nivel de energía común. Una corriente macroscópica contiene electrones de alta energía apilados

Ahora ve a un superconservador BCS. La supercorriente es un mar degenerado de pares de bosones de espín-1 Cooper con momentos conjugados. Un modelo ingenuo tendría los electrones con espín antiapareado acercándose en direcciones opuestas, siendo su centro de deriva de masa la supercorriente. DEGENERAR. Elevar el mar de Bose degenerado a un estado de energía superior es elevarlo todo , o nada. Se propaga por cosas pequeñas sin interacción, sin resistencia DC.

Lo anterior es obviamente un modelo pobre. Los supercons de CA son disipativos, vórtices de espín en supercons de tipo II, extinción de campos magnéticos, etc. Sí sugiere por qué una corriente normal debe tener resistencia y una supercorriente no.

He leído esto una y otra vez, lo que entendí es que las corrientes de los superconductores en realidad están hechas de bosones y no de fermiones, por lo tanto, no son electrones y que la superconductividad pura sin resistencia no puede ocurrir en CA y solo en CC. si esto es lo que está diciendo, ¿podría entrar en más detalles... perdón por la respuesta tardía, en realidad estuve desconectado durante un mes más o menos?
Superconductividad: ¿por qué la resistencia no puede llegar a 0?
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