Os Supercondutores

Os Supercondutores

A condutividade é uma propriedade que alguns materiais apresentam que consiste em transportar carga elétrica ao longo de seus átomos. O que dificulta esse transporte é chamado resistividade. Num condutor normal, a corrente elétrica pode ser comparada a um fluido de elétrons se movendo por uma pesada rede iônica. Os elétrons estão em constante choque com os íons da rede, e durante cada colisão parte da energia carregada pelo elétron é absorvida pela rede e convertida em calor, que na verdade é chamada de energia cinética vibracional dos íons da rede. Assim a energia carregada pela corrente é constantemente dissipada, chamamos esse fenômeno de resistência elétrica.

Os Supercondutores são materiais que apresentam pouca ou nenhuma resistência ao fluxo elétrico. A supercondutividade é uma propriedade física que certos materiais apresentam quando são esfriados a temperaturas extremamente baixas, podendo conduzir corrente elétrica sem resistências e nem perdas de energia. Esse fenômeno foi descoberto em 1911 pelo físico holandês Heike Kamerlimgh-Onnes, quando observou que a resistência elétrica do mercúrio desaparecia ao ser resfriado a 4K, o que corresponde a – 269,15 °C, dessa forma, ele acabava de tornar o mercúrio um material supercondutor.

Um dos fatores limitantes para aplicação e pesquisa dos supercondutores no passado foi à necessidade de atingir baixíssimas temperaturas, o que inviabilizou o seu uso em larga escala. Mas em 1986 foram descobertos alguns materiais cerâmicos chamados de cupratos com estrutura de perovskitas que exibiam temperaturas críticas próximas de 90 K (-183 °C). Os supercondutores de altas-temperaturas renovaram o interesse no estudo e na possível comercialização em larga escala, viabilizando novas perspectivas de melhoria nos materiais existentes e no potencial de engenharia na criação de novos materiais supercondutores próximos a temperatura ambiente.

Em 1933, os cientistas Walther Meissner e Robert Ochsenfeld concluíram que os supercondutores eram mais que apenas condutores de eletricidade perfeitos, eles descobriram uma interessante propriedade magnética intrínseca nos supercondutores que excluía de certa forma o campo magnético exterior. Descobriram que um material na fase supercondutora repele o campo magnético! Este efeito, chamado de Efeito Meissner, em uma de suas aplicações é muito popular na demonstração da supercondutividade, chamada de levitação magnética. O Efeito Meissner somente acontece quando o campo magnético externo é suficientemente pequeno, pois se o campo começa a aumentar este penetra no interior do material, e consequentemente o material perde sua supercondutividade. O que acontece é que o campo magnético produzido pelo ímã é repelido pela corrente elétrica induzida no material supercondutor! Esse efeito de repulsão magnética é tão intenso que o ímã levita sobre o material que está superconduzindo.

Para melhor entendimento do processo assista ao vídeo abaixo.

A supercondutividade causou perplexidade em algumas das melhores mentes do século XX até ser finalmente compreendida a partir do comportamento microscópico, em 1957, com a contribuição marcante dos vencedores do Prêmio Nobel de 1972. Os físicos estadunidenses John Bardeen, Leon Cooper e Robert Schrieffer desenvolveram a teoria clássica batizada por teoria BCS, as iniciais dos respectivos sobrenomes, para descrever o fenômeno da supercondutividade nos metais, ou materiais condutores de corrente elétrica.

Prêmios Nobel relacionados à supercondutividade
Ano	Premiados	Contribuição
1913	Heike K. Onnes	Propriedades da matéria em baixas temperaturas, incluindo a descoberta da supercondutividade e a liquefação do hélio
1973	Jonh Bardeen,Leon Cooper, Robert Schrieffer	Desenvolvimento da teoria microscópica da supercondutividade, hoje conhecida como Teoria BCS
1973	Brian Josephson	Predição teórica do tunelamento dos pares de Cooper através de uma barreira isolante de supercondutores
1983	Karl Muller, Georg Bednorz	Descoberta da supercondutividade a altas temperaturas num cuprato de lantânio e bário
2003	Vitaly Ginzburg, Alexei Abricosov	Desenvolvimento da Teoria Fenomenológica da supercondutividade e Descoberta dos supercondutores do tipo II

A supercondutividade é muito importante e tem larga aplicação. Essa propriedade não é aplicada somente na transmissão de energia elétrica, mas também em várias outras como:

• Na construção de magnetos supercondutores que geram campo magnético extremamente forte, os quais possibilitam a construção dos chamados aceleradores de partículas;
• 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.

·         Grandes ímãs para obter imagens na medicina, como ressonância magnética.

Atualmente já existem outros materiais e as pesquisas continuam com o objetivo de conseguir o fenômeno supercondutor em temperatura ambiente, pois, o entendimento e as aplicações dos supercondutores estão apenas começando.

Elaborado por: Ellen Gomes Madureira Ferreira

Referências:

pt.wikipedia.org/wiki/Supercondutividade

www.brasilescola.com

www.if.ufrgs.br