sábado, 10 de octubre de 2015

El efecto Joule y los superconductores



Hoy me quiero centrar en el fenómeno que hay detrás de las tostadoras, secadores, algún tipo de estufas, etc.. Es decir, en el calentamiento de una resistencia.

Si nos fijamos bien en la tostadoras, comprobaremos que lo que hay son un hilos de metal rodeando la zona donde ponemos el pan. Estos hilos, si conectamos la tostadora, se ponen al "rojo vivo" y emiten calor que es el responsable de que el pan se tueste.

Nunca te has preguntado a que se debe este fenómeno? Pues bien, este fenómeno de ponerse al "rojo vivo" es debido al llamado Efecto Joule.

Imaginemos que aplicamos una corriente eléctrica que atraviesa un material. Bien, la corriente eléctrica está compuesta por electrones. El material en cuestión está compuesto por núcleos que facilitaran o dificultarán el paso de los electrones a través de si.
De modo que, decimos que el material es  más o menos conductor en función a la resistencia que ejercen sus núcleos al paso de los electrones de la corriente eléctrica.

Los electrones van chocando y nuevamente circulando, lo que provoca un impedimento a su circulación que se traduce en formación de calor. 

Podemos imaginarnos a nosotros mismos (electrones) abriéndonos paso en un bosque selvático como los exploradores. Con nuestro cuchillo vamos cortando las ramas (núcleos) que nos impiden avanzar. El ejercicio de ir cortando las ramas nos hace sudar (calor). Cuanto mayor sea el número de ramas, mayor será el impedimento y por extensión mayor el calor debido al ejercicio de tener que cortarlas.

Pero volviendo al tema, cuanto menos conductor sea el material (mayor impedimento) más calor se desprende. Pero no nos vale cualquier material, no debemos pensar que si utilizamos un material no conductor el efecto Joule resultante será mayor. Es necesario que el material sea conductor de la corriente eléctrica.

Por tanto, lo que ocurre en los secadores de pelo, tostadoras, calefactores... es el llamado efecto Joule. Cuando aplicamos una corriente eléctrica, el impedimento de los núcleos del material (hilo) al paso de los electrones, provoca calor.

Bien. Vamos a introducir otra palabra que habréis oído alguna vez. Superconductores.

Un superconductor es aquel material que no desprende calor al paso de electrones de una corriente eléctrica. Los núcleos no dificultan el paso de los electrones.

Esto es importante sobretodo en cableado de la red eléctrica. Actualmente se utiliza el cobre que es un buen conductor y la cantidad de calor que se desprende es baja. Aun así, una parte de la energía que va desde las centrales a nuestros hogares se disipa en forma de calor debido al efecto Joule. 

En el caso de superconductores, conseguiríamos que la energía se transfiriese en su totalidad de un punto a otro, sin pérdidas en forma de calor. 
Actualmente se trabaja con materiales a muy baja temperatura para obtener transferencia de electricidad sin pérdida por calor pero todavía no se ha logrado un material que a temperatura ambiente. 

Un material que actualmente esta en estudio por sus excelentes propiedades conductoras es el grafeno

Figura 1. Estructura del Grafeno

El grafeno es un material formado de carbono de estructura hexagonal. Esta formado por finas láminas de un solo átomo de espesor. Entre sus propiedades se encuentra la citada conductividad eléctrica además de una gran dureza, flexibilidad y baja densidad.

Un ejemplo fue el reciente anuncio de la obtención del grafeno como fase superconductora. Nuevamente, es necesario trabajar a temperaturas muy bajas para lograrlo pero ya se abre otra vía de trabajo de este excelente material.

De este modo, ahora que se acerca el frío y veáis los filamentos al rojo vivo de vuestros calefactores, hornos o tostadoras podréis saber que está ocurriendo en el interior del material.







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