Supercondutores

Supercondutores

• • • Uma breve introdução***

O estudo da eletricidade mostra que a resistividade de um condutor é uma função da sua temperatura. Sendo assim espera-se que a resistividade se tornasse cada vez menor, à medida que a temperatura do condutor diminuísse, até que não houvesse resistência alguma à passagem dos elétrons. Por volta 1911, experiências realizadas com vários condutores feitas pelo físico holandês Heike Kammerlingh Onnes foram descobertas que a resistividade, de fato, diminuía com a queda da temperatura. Entretanto, em vez de se aproximar gradativamente da resistividade zero, cada material tinha uma temperatura específica na qual a resistividade diminuía subitamente para zero. Essa temperatura é chamada temperatura crítica (TC). -- Supercondutividade - é uma propriedade física. De característica, de certos materiais, que quando resfriados a temperaturas extremamente baixas, tendem a conduzir corrente elétrica sem resistência nem perdas.

* Função -  : Os supercondutores são materiais metálicos ou de cerâmica que conduzem eletricidade com praticamente nenhuma resistência, ou seja não há perca de energia elétrica, quando ela é transmitida através de um supercondutor. Como contra-exemplo, em um condutor, uma corrente elétrica diminui rapidamente devido à resistência elétrica, enquanto que em um supercondutor, uma corrente continua a fluir para sempre, porque nenhuma resistência é oferecida a ela. Se a mesma corrente induzida fosse aplicada num anel metálico normal (não supercondutor) esta corrente se extinguiria rapidamente, devido à resistência à passagem dos elétrons. De vantagem além de conduzirem eletricidade sem perdas de energia, os supercondutores apresentam outra propriedade interessante: quando ocorre a transição do estado normal para o estado supercondutor, um campo magnético não pode penetrar mais no material.

* Tipos - : Podemos dividir os supercondutores em dois grupos: supercondutores do tipo I e supercondutores do tipo II. Os supercondutores que apresentam um completo efeito Meissner são ditos do tipo I. São condutores perfeitos Obs :(Efeito Meissner, uma forma clássica é a que consiste em fazer com que um imã permanente flutue sobre a superfície de um supercondutor. Ocorre assim que ocorre a transição do estado normal para o estado supercondutor, os campos magnéticos externos não podem penetrá-lo.(maglev) Assim, o imã sofre uma força contrária que anula o seu peso, flutuando sobre o supercondutor.)

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*Tipo II : existe uma pequena penetração de linhas de campo magnético para dentro do material, enquanto que no Tipo I as linhas do campo magnético são "proibidas" e não adentram no supercondutor.

* Fabricação -  : Um supercondutor se assemelha bastante a uma máquina de movimento perpétuo ( Movimento perpétuo também considerado muito teórico). Certa vez no MIT, EUA, uma corrente foi induzida num anel metálico enquanto estava abaixo da sua temperatura crítica. O anel foi então armazenado na mesma temperatura baixa. Um ano depois a corrente induzida ainda estava presente no anel, sem nenhuma perda de energia, mesmo não havendo nenhuma bateria alimentando o circuito. Obs : A temperatura crítica é atingida quando o material é resfriado (através de um banho) à temperaturas que podem quase atingir zero absoluto ou à temperatura do nitrogênio líquido (-321 F, 77 K, -196 0C).

* Evolução histórica - : - O fenômeno foi percebido em 1911 pelo físico holandês Heike Kamerlimgh-Onnes, quando notou que a resistência elétrica do mercúrio desaparecia ao ser resfriado a – 269,15 °C. Assim, ele acabava de transformar o mercúrio um material supercondutor. Tal fato conseguido com o mercúrio, foi testado para outros metais, não sendo permitido a aplicação, pois os custos para se "criar" temperaturas muito baixas era um tanto quanto alto.

- Já em 1956, quando Leon Cooper teve a idéia de que os elétrons que transportam a "supercorrente" (corrente sem resistência) se agregam aos pares enquanto se movimentam pelo material. Cooper mostrou que dois elétrons podem se associar formando o que hoje se chama um "par de Cooper". Logo se desconfiou que esses pares de Cooper poderiam ser os responsáveis pela corrente supercondutora em materiais a baixas temperaturas. Cooper supos que, dentro de um sólido metálico, dois elétrons poderiam vencer a repulsão mútua com a ajuda de uma excitação da rede cristalina do material, comumente chamada de "fônon".

- Em 1972 aí que surge a explicação para o fenômeno da supercondutividade, com trio de físicos americanos Jonh Bardeen, Leon Cooper e Robert Schrieffer. Fato que lhes rendeu o prêmio Nobel da física naquele ano. A explicação era que a supercondutividade não acontecia somente com a diminuição da agitação térmica dos átomos e móleculas de um material, quando resfriado, então propuseram que condutores metálicos aplicados a elevadas temperaturas também se tornariam supercondutores, fato esse que não deu nenhum resultado positivo

- Em 1986, o suíço Karl Alexander Muller e o alemão Johannes G. Bednorz, atingiram o estado de supercondutividade – 238 °C, lhes rendendo o Nobel de Física do mesmo ano. Isso possibilitou uma gama de resultados em avanços de pesquisas.

* O Fônon - : Um fônon é uma excitação mecânica que se propaga pela rede cristalina de um sólido. Normalmente, essa excitação, que se desloca como uma onda pelo material, é causada pela agitação natural existente em todo sistema sujeito a uma temperatura finita. (Quantizações da energia de vibração de uma rede cristalina.)

Aplicações

- Foi possibilitado a construção dos chamados aceleradores de partículas;

 Exemplo :,Está instalado no Instituto de Física da Universidade de São Paulo, o  Linac que é um tipo de acelerador linear que utiliza radiofrequência para transferir energia ao feixe de partículas a ser estudado, no Linac são utilizados ressoadores supercondutores para otimizar a produção de campos elétricos com valores acima de 5 ou 6 MV/m usando uma potência de radiofrequência baixa, tipicamente da ordem de alguns Watts.

- Nos aparelhos eletrônicos que funcionam à base de eletricidade, diminuindo o seu tamanho e o gasto de energia dos mesmos;

- Nos fios supercondutores utilizados em computadores, permitindo que os chips sejam cada vez menores e mais rápidos no processamento de dados;

- Em ímãs, permitindo que eles possam flutuar sobre a superfície de um material supercondutor. Esse fato possibilita a construção e operação dos chamados trens bala, os quais trafegam apenas flutuando sobre o trilho.

- A possibilidade de se construírem linhas de transmissão de energia elétrica com material supercondutor evitaria a perda de energia por aquecimento dos fios, como ocorre nas redes de transmissão atuais.

Curiosidades

O grande desafio científico nessa área está sendo obter materiais que apresentem a supercondutividade em temperaturas próximas à temperatura ambiente, para torná-los acessíveis. Assim como em um condutor comum, quando se 'cria' corrente num fio, e logo em seguida se retira a corrente, a mesma desaparece fração de segundos depois, já no supercondutor, ela não desaparece nunca. Criando uma analogia de fácil entendimento, a corrente se mantém permanente, por inércia, da mesma forma que a Terra gira ao redor do Sol num movimento perpétuo.

O futuro da pesquisa da supercondutividade está em encontrar materiais que possam se tornar supercondutores à temperatura ambiente. Assim que isso acontecer, todo o mundo da eletrônica, da energia elétrica e dos transportes passará por uma revolução

Referência bibliográfica

http://www.sitedecuriosidades.com/curiosidade/supercondutores.html

http://www.if.ufrgs.br/tex/fis01043/20032/Fabiano/supercondutores.htm

https://www.youtube.com/watch?v=p3drZELYZYE