Superconductors, The Royal Institution i trens que leviten

YBCOEn alguna ocasió hem parlat dels superconductors. La superconductivitat és un fenomen que m’apassiona. Coneixem metalls que poden presentar superconductivitat a temperatures molt baixes. Ara bé, també coneixem materials ceràmics que presenten aquesta propietat a temperatures “relativament altes”. És el cas del YBa2Cu3O7, conegut popularment com a YBCO, el qual per sota d’uns 90K -al voltant dels -183 ºC-  (la seva temperatura crítica, Tc) esdevé una ceràmica superconductora.

Imant cúbic levitant sobre ceràmica superconductora tipus YBCO refrigerada en nitrogen líquid. Foto vaig poder fer el febrer de 2011 durant una de les nostres demostracions a un institut.

RiDe manera que una peça de ceràmica tipus YBCO, refrigerada sota nitrogen líquid, presenta aquestes sorprenents propietats superconductores, entre les quals destaca (sense deixar de banda la resistència elèctrica nula, la qual podria arribar a ser una de les solucions a les pèrdues energètiques que patim amb el filat de coure, per exemple) l’efecte Meissner o d’exclusió d’un camp magnètic. Al col·locar un imant sobre el material superconductor podem observar que el primer levita i gira lliurement, sobre la peça ceràmica, sense cap més resistència que la de l’aire. I, precisament aquí volia arribar, ja que lluny dels vídeos casolans i de poca qualitat que puc gravar al laboratori, com el següent que vaig gravar el setembre de 2008 (aviat farà 5 anys), abans d’ahir vaig descobrir un fantàstic vídeo editat pel Ri Channel de The Royal Institution; juntament amb The Royal Society, una de les grans institucions científiques de la Gran Bretanya que he descobert, i hi he aprofundit, durant la meva estada de recerca a la University of Nottingham.

Es tracta d’un petit automòbil (que conté una peça de ceràmica tipus YBCO refrigerada amb N2 líquid) que levita sobre una via en forma de Möbius (la cinta cíclica d’una sola cara) formada per petits imants. És una divertida versió maqueta de trens reals, que transporten passatgers tot levitant sobre la via i, per tant, estalviant-se la fricció entre aquesta i unes rodes, com per exemple el Transrapid Maglev de Shangai.

Referències i més info:

Anuncis

Sintetitzen un material amb propietats molt semblants a les del grafè

Al bloc hem parlat sovint de temes relacionats amb el grafè. Després del Nobel de Física 2010, entregat a Geim i Novoselov per l’aïllament d’aquest material bidimensional, s’ha fet i es ssegueix fent molta recerca al seu voltant, per les seves potencials io múltiples aplicacions.

Estructura cristal·lina del SrMnBi2 (verd: Bi; balu: Sr; vermell: Mn). Imatge: Marc Uhlarz/HZDR

Ara, la col·laboració entre investigadors coreans i altres del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) d’Almenaya, ha portat a la síntesi de materials amb propietats semblants a les del garfè. Al seva estructura, que veiem a la imatge, ens recorda als superconductors d’alta temperatura (com el famós YBa2Cu3O7).

Aquest nou material, SrMnBi2, permet ésser dopat amb altres àtoms de forma senzilla, fet interessant per a la cerca de nous materials superconductors. Recordem que la recerca de superconductors d’alta temperatura (i de més alta, si pot ser) és la cerca de la Pedra Filosofal de la química actual. El transport d’energia elèctrica, entre altres aplicacions, seria molt més senzill, barat i eficaç.

Més info:

Física recreativa al Bell-lloc de Girona

Aquest matí de dimecres l’equip de divulgació científica Reacciona… explota! de la Càtedra de Cultura Científica i Comunicació Digital(C4D) de la UdG (en Josep Duran i jo mateix) l’hem passat al col·legi Bell-lloc de Girona.

Els diferents grups de 4t d’ESO del col3legi han pogut aprendre i experimentar la química i la física d’un procés electrolític i de la superconducció, mitjançant els nostres experiments i demostracions de ciència recreativa.

Josep Duran refrigerant la ceràmica superconductora amb N2 per tal de fer la demostració de la levitació d’un imant.

Jo mateix preparant la cel·la electrolítica per observar l’electròlisi de l’aigua, amb l’ajuda d’un estudiant del col·legi.

Josep Duran mostrant el nitrogen líquid als estudiants.

Jo mateix mostrant el funcionament del cotxe que funciona amb una cel·la electrolítica.

Josep Durant fent la demostració de la levitació d’un imant sobre un superconductor tipus YBCO.

Més info a:
Entrada al bloc sobre electròlisi:
Entrada al bloc sobre tot plegat:

Superconducció i Electròlisi a l’aula de Batxillerat

Aquest matí, 23 de febrer de 2011, l’equip de divulgació científica Reacciona… expolota! hem estat a l’INS Ridaura de Castell d’Aro i hem fet dues sessions d’experiments de ciència recreativa i espectacular per als estudiants de 1r i 2n curs de Batxillerat. Hem pogut explicar conceptes de recerca química, física i tècnica tan actuals, i amb tant de futur, com són els processos electrolítics per a la generació d’H2, que s’usarà com a combustible, o la recerca en superconductors d’alta temperatura.

Reacció termita

Reacció aluminotèrmica que allibera gran quantitat d’energia en forma de llum i augment de temperatura. Segons la reacció següent i l’assoliment d’entre 2000 ºC i 3000 ºC de temperatura, el Fe, producte de reacció, és líquid, el qual pot ésser útil per a soldar peces metàl·liques com els nostres 4 claus zincats (aquesta reacció s’ha usat durant molt de temps per a soldar els rails de les vies de tren).

Fe2O3 + 2 Al –> Al2O3 + 2 Fe

Situem la mescla Fe2O3/Al (3:1) sobre un tou de sorra per aïllar la taula i una bengala ens fa de metxa.

En aquesta seqüència podem apreciar com la metxa (bengala) enfonsada a la mescla Fe2O3/Al, proporciona prou energia per a iniciar la reacció termita.

Després de refredar el producte incandescent de reacció, observem que hem aconseguit soldar els 4 claus zincats.

Electròlisi i el cotxe que funciona amb aigua

Després de muntar una cel·la electrolítica i demostrar el caràcter explosiu de la mescla gasosa, H2/O2 (2:1), que se n’obté  hem presentat el nostre cotxe que, amb la seva cel·la electrolítica, en primer lloc reprodueix el mat el mateix procés d’electròlisi per a obtenir els gasos que hem comentat i, després d’acumular-los en els dipòsits, té lloc l’electròlisi inversa per a produir aigua i energia elèctrica que fa moure el motor, i aquest l’eix de que uneix les rodes davanteres del cotxe.

Superconducció

Després d’explicar la teoria de la superconducció, presentar el superconductor YBCO (YBa2Cu3O7) i les seves limitacions per a us quotidià per a conduir electricitat (1: és una ceràmica, per tant no es pot filar, i 2: tot i ésser un superconductor d’ “alta temperatura”, requereix estar refrigerat amb nitrogen líquid per a presentar l’estat de superconducció) hem procedit a mostrar-ne la propietat més sorprenent. L’efecte de levitació d’un imant sobre aquesta ceràmica superconductora.

Josep Duran afegint nitrogen líquid a la placa de petri que ens farà de recipient per a refrigerar la ceràmica superconductora.

Imant cúbic levitant sobre el superconductor YBCO refrigerat en nitrogen líquid. (Observem pètals grocs provinents de l’anterior demostració, en la que hem congelat una flor en pocs segons, submergint-la en nitrogen líquid).

Catàlisi

Per acabar, voldria mostrar una foto d’una de les reaccions químiques estrella de les nostres sessions. La desproporció catalitzada del peròxid d’hidrogen.

2 H2O2 –> 2H2O + O2 (afegint sabó a l’aigua oxigenada -en aquest cas 50 %- i KI com a catalitzador de la reacció, el gran despreniment d’oxigen per unitat de temps infla el sabó creant aquesta gran quantitat d’escuma).

 

Per a més informació sobre les demostracions d’electròlisi que fem:

https://pepquimic.wordpress.com/2011/01/26/electrolisi-i-el-cotxe-que-funciona-amb-aigua-al-1r-carnaval-de-la-quimica/

+ superconducció, espectacular!

Ja que ahir vam fer l’experiment de fer levitar un imant sobre un superconductor davant dels alumnes de Centelles, avui us mostro 2 dels millors vídeos que he trobat al youtube sobre el tema.

En aquest primer vídeo es pot veure perfectament l’efecte d ela levitació ja que utilitzen una peça de ceràmica superconductora i un imant molt grossos. A mé està molt ben gravat (sense que l’aigua condensada per efecte del N2 efecti a l’enfocament de la imatge).

I en aquest 2n vídeo podreu escoltar tota l’explicació teòrica sobre la supeconducció, amb esquemes dels camps magnètics i tot, sobre una gravació també ben feta i, a més a més, un prototip a escala d’una de les aplicacions tecnològiques de la superconducció, els vehicles que leviten sobre les vies (molt interessant ja que respecte als vehicles convencionals s’evita la pèrdua d’energia per fricció de les rodes amb la via (és clar que sempre quedarà la fricció de l’aire… o almenys per ara…)).