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O que s√£o supercondutores?


Publicada em: 30/08/2005

Já sabemos que existem materiais condutores, isolantes e semicondutores. Em cada um deles a corrente elétrica circula de uma certa maneira. Mas se você pensa que estes são os únicos materiais que conduzem cargas elétricas, prepare-se: vem aí os supercondutores!

Temperatura de transi√ß√£o do merc√ļrio

O início

O estudo da eletricidade mostra que a resistividade de um condutor é uma função da sua temperatura. Dessa maneira, seria de esperar 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. Em 1911, ao fazer experiências com vários condutores, o físico holandês Heike Kammerlingh Onnes descobriu 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).

A condi√ß√£o de resistividade zero abaixo da de uma subst√Ęncia √© chamada supercondutividade. Os supercondutores s√£o materiais met√°licos ou cer√Ęmicos que conduzem eletricidade com praticamente nenhuma resist√™ncia. Em outras palavras: nada da energia el√©trica √© perdida quando ela flui atrav√©s de um supercondutor. J√° em um condutor, uma corrente el√©trica diminui rapidamente devido √† resist√™ncia el√©trica; e em um supercondutor, uma corrente continua a fluir para sempre, porque nenhuma resist√™ncia √© oferecida a ela.

Temperatura crítica para diversos materiais supercondutores

Vemos na tabela ao lado que temperaturas extremamente baixas (cerca de 4K, temperatura na qual o hélio se liquefaz) são necessárias para que a supercondutividade seja atingida em alguns materiais. Na verdade, a temperatura crítica é atingida quando o material é resfriado (através de um banho) à temperaturas que vão desde o zero absoluto (-459 grausFahrenheit, 0 grausKelvin, -273 0C) à temperatura do nitrogênio líquido (-321 F, 77 K, -196 0C).

Um supercondutor se assemelha bastante a uma máquina de movimento perpétuo. No Instituto de Tecnologia de Massachusetts (IMT), 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. Em termos de comparação, 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. 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 consegue penetrar mais no material.

Efeito Meissner

Em outras palavras, os supercondutores repelem campos magn√©ticos, e portanto, repelem magnetos. Esta repuls√£o pode ser mais forte que a for√ßa de atra√ß√£o da gravidade, e conduz √† levita√ß√£o, uma das mais fascinantes manifesta√ß√Ķes da supercondutividade. Este efeito √© conhecido como efeito Meissner, e¬† tem v√°rias implica√ß√Ķes importantes, como por exemplo, na constru√ß√£o de trens de levita√ß√£o magn√©tica (comumente chamados de MAGLEV).

Estes trens levitam sob a  ação de um campo magnético, operando sem nenhum contato físico com os trilhos.

MAGLEV

Como resultado disto, velocidades de at√© 800 quil√īmetros por hora s√£o atingidas, com um consumo de energia muito pequeno se comparado aos trens convencionais, que dissipam muita energia devido ao atrito com os trilhos. Trens deste tipo, em car√°ter experimental, j√° foram desenvolvidos em muitos pa√≠ses, como Jap√£o e Alemanha.

O futuro da supercondutividade

O futuro da pesquisa em supercondutividade reside principalmente na busca de materiais que exibam a supercondutividade √† temperaturas mais altas. Por exemplo, em 1986, contudo, um grupo de pesquisadores da IBM na Su√≠√ßa descobriu um novo material de cer√Ęmica, que se torna supercondutor quando submetido a temperaturas da ordem de 35 K (-238 0C). No ano seguinte, descobriu-se um novo material cer√Ęmico que se tornava supercondutor a 110 K (-163 0C).¬† Nesta temperatura, o resfriamento com nitrog√™nio l√≠quido j√° √© poss√≠vel, n√£o tendo mais que usar h√©lio, por exemplo, o que amplia em muito as aplica√ß√Ķes de tais supercondutores. Estes materiais cer√Ęmicos s√£o chamados de supercondutores de alta temperatura.

Gráfico mostrando a cronologia histórica dos supercondutores  versus TC e a data d

Aplica√ß√Ķes dos supercondutores

Al√©m de possibilitarem a constru√ß√£o de trens magn√©ticos, os supercondutores apresentam uma ampla gama de aplica√ß√Ķes, devido √† sua efici√™ncia em transportar muito mais corrente el√©trica que outros materiais condutores. Quando estes materiais passarem a fazer parte do nosso dia-a-dia, assistiremos a uma verdadeira revolu√ß√£o no mundo da eletr√īnica e dos transportes em geral, como o desenvolvimento de computadores de alto porte e motores potentes do tamanho de uma noz.




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