O que são materiais supercondutores? Entenda para que servem

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Materiais supercondutores ocupam um lugar meão na ciência e no desenvolvimento de tecnologias de ponta. Eles se destacam por uma propriedade extraordinária: a capacidade de conduzir eletricidade sem qualquer perda de vontade. 

Neste item, você vai entender o que são os supercondutores, porquê funcionam e para que servem, com aplicações que vão de equipamentos médicos e sistemas de transporte a instrumentos científicos de altíssima precisão.

O que são materiais supercondutores

Materiais supercondutores são aqueles que, quando resfriados aquém de uma determinada temperatura sátira, passam a conduzir fluente elétrica sem resistência. Na prática, isso significa que a eletricidade flui sem dissipação de vontade em forma de calor. 

Ou por outra, esses materiais expulsam campos magnéticos do seu interno, fenômeno publicado porquê efeito Meissner, que permite aplicações porquê a levitação magnética.

Esse comportamento não pode ser explicado somente pelas leis clássicas da eletricidade. A supercondutividade é um fenômeno da física quântica, no qual os elétrons passam a se movimentar de forma coletiva e altamente organizada.

Porquê a supercondutividade funciona

A supercondutividade surge quando o material atinge sua temperatura sátira. Inferior desse ponto, ocorre uma transição abrupta: a resistência elétrica cai para zero. 

Dissemelhante de um condutor geral, no qual sempre há perdas, a fluente elétrica em um supercondutor pode persistir indefinidamente sem manancial externa de vontade.

Outro paisagem importante é a expulsão dos campos magnéticos. O material não somente impede a penetração do campo, porquê também pode interagir com ele de forma controlada, o que abre caminho para aplicações tecnológicas sofisticadas.

História e invenção dos supercondutores

A supercondutividade foi invenção em 1911 pelo físico holandês Heike Kamerlingh Onnes. Ao estudar o comportamento do mercúrio resfriado a temperaturas extremamente baixas, próximas de 4 Kelvin, ele observou o desaparecimento totalidade da resistência elétrica. Esse progressão só foi verosímil graças ao uso do hélio líquido, que permitiu depreender temperaturas criogênicas.

Durante décadas, a supercondutividade permaneceu restrita a materiais que exigiam resfriamento extremo, o que limitava suas aplicações práticas.

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Classificação dos materiais supercondutores

Supercondutores do tipo I

Os supercondutores do tipo I apresentam um único campo magnético crítico. Inferior desse limite, expulsam totalmente o campo magnético. Eles costumam ser elementos químicos puros, porquê mercúrio e chumbo, e são pouco usados em aplicações industriais.

Supercondutores do tipo II

Os do tipo II possuem dois campos críticos e permitem a penetração parcial do campo magnético na forma de vórtices. Esse comportamento torna esses materiais mais estáveis e adequados para aplicações tecnológicas. Ligas metálicas e cerâmicas entram nessa categoria.

Supercondutores de baixa e subida temperatura

Os supercondutores de baixa temperatura operam aquém de 30 kelvin e exigem hélio líquido para resfriamento. Já os de subida temperatura funcionam supra desse limite e podem usar nitrogênio líquido, que é mais barato e fácil de manusear. Cerâmicas à base de cobre, porquê o YBCO, se destacam nesse grupo.

Principais aplicações dos supercondutores

Equipamentos médicos e científicos

A emprego mais conhecida está na sonância magnética, que utiliza ímãs supercondutores para gerar imagens detalhadas do corpo humano sem radiação. Aceleradores de partículas, porquê os usados em pesquisas de física de ponta, também dependem desses materiais para controlar feixes com precisão.

Transmissão e armazenamento de vontade

Cabos supercondutores permitem a transmissão de eletricidade com perdas praticamente nulas e subida capacidade em espaços reduzidos. Sistemas de armazenamento de vontade magnética, conhecidos porquê SMES, usam supercondutores para liberar vontade de forma rápida e eficiente.

Transporte por levitação magnética

Trens maglev utilizam supercondutores para levitar sobre os trilhos, reduzindo o atrito e permitindo velocidades muito superiores às dos trens convencionais. Essa tecnologia já opera em graduação limitada, mas ainda enfrenta desafios de dispêndio.

Eletrônica e computação

Supercondutores viabilizam sensores extremamente sensíveis, porquê os dispositivos SQUID, usados em medicina e geofísica. Eles também são a base de circuitos ultrarrápidos e dos qubits supercondutores, uma das principais plataformas da computação quântica.