A supercondutividade é um fenômeno fascinante. Ela ocorre em alguns materiais quando submetidos a temperaturas extremamente baixas. Quando um elemento supercondutor atinge a temperatura crítica, sua resistência elétrica cai a zero. Assim, permite que a corrente elétrica flua indefinidamente sem nenhuma perda de energia.
Esse fenômeno tem sido objeto de estudo há muitos anos, com aplicações em diversas áreas, desde a levitação magnética até a produção de imagens de ressonância magnética.
Neste artigo, mostraremos o que é a supercondutividade, quais são as suas principais propriedades e como ela funciona. Além disso, discutiremos sobre algumas das aplicações mais importantes da supercondutividade na indústria. Continue lendo!
O que é a supercondutividade?
A supercondutividade é um fenômeno físico em que certos materiais apresentam uma resistência elétrica quase nula quando são resfriados abaixo de determinada temperatura crítica.
Esse fenômeno foi descoberto pela primeira vez em 1911, por Heike Kamerlingh Onnes. Ele observou que o mercúrio perdia toda a sua resistência elétrica quando era resfriado a cerca de 4,2 Kelvin (-268,8 °C). Desde então, muitos outros materiais supercondutores foram descobertos, e a temperatura crítica em que eles exibem a supercondutividade também foi aumentada.
Uma das principais características dos supercondutores é a capacidade de conduzir eletricidade com uma eficiência extremamente alta. Quando uma corrente elétrica é aplicada a um fio supercondutor, ela flui sem nenhuma perda significativa de energia devido à resistência elétrica.
Isso significa que, uma vez que a corrente é estabelecida em um circuito supercondutor, ela pode continuar a fluir indefinidamente. Desse modo, não há necessidade de qualquer fonte de energia externa.
Esse comportamento torna os supercondutores extremamente valiosos em aplicações que requerem uma condução eficiente de eletricidade, como dispositivos eletrônicos, motores elétricos, geradores eletromagnéticos, entre outros.
No entanto, para que um material exiba a supercondutividade, ele deve ser resfriado a uma temperatura abaixo de sua temperatura crítica. A maioria dos materiais supercondutores atualmente conhecidos apresentam uma temperatura crítica abaixo de 30 Kelvin (-243,2 °C), o que limita sua aplicação em muitos campos.
Contudo, os cientistas estão trabalhando em novos materiais supercondutores que podem exibir a supercondutividade em temperaturas mais altas, o que tornaria essa tecnologia ainda mais versátil e acessível. Assim, amplia-se o seu uso.
Quais são as suas principais propriedades?
A principal propriedade da supercondutividade é a ausência de resistência elétrica abaixo da temperatura crítica. Isso significa que a corrente elétrica pode fluir por meio de um material supercondutor indefinidamente, sem perda de energia.
Além disso, a supercondutividade é caracterizada por um fenômeno conhecido como Meissner-Ochsenfeld, em que o material supercondutor expulsa completamente o campo magnético de seu interior.
Isso leva à outra propriedade importante: um material supercondutor pode ser levitado magneticamente acima de um ímã, já que a força magnética repulsiva é maior do que a força gravitacional.
Como a supercondutividade funciona?
A supercondutividade é um fenômeno que ocorre devido à formação de pares de elétrons conhecidos como pares de Cooper. Esses pares surgem quando os elétrons em um material supercondutor interagem com as vibrações da rede cristalina.
O resultado dessa interação é uma redução significativa da resistência elétrica do material. Esses pares de elétrons comportam-se como partículas com carga elétrica dupla, o que permite que eles fluam facilmente através do material supercondutor sem perda de energia.
Quais são as aplicações da supercondutividade na indústria?
A supercondutividade tem uma ampla gama de aplicações em diversas áreas da indústria. Algumas das mais importantes incluem:
Levitação magnética
A levitação magnética é uma das aplicações mais conhecidas da supercondutividade. Ela é usada para criar trens de levitação magnética (maglev) que se movem a altas velocidades sem tocar o chão. O maglev é considerado um meio de transporte rápido, seguro e ecologicamente correto.
Dispositivos eletrônicos
Os dispositivos eletrônicos baseados em supercondutores são capazes de processar informações com velocidades muito maiores do que os dispositivos convencionais. Isso se deve ao fato de que os supercondutores podem transportar eletricidade sem perda de energia.
Alguns exemplos de dispositivos eletrônicos baseados em supercondutores incluem detectores de radiação, amplificadores de micro-ondas e circuitos lógicos. O uso desse fenômeno nesse tipo de equipamento é uma das formas em que a supercondutividade mais se aproxima do usuário.
Afinal, milhões de pessoas têm equipamentos que se utilizam desse princípio para funcionar. Isso mostra o tamanho da importância desse conceito.
Imagens de ressonância magnética
A supercondutividade é essencial para a produção de imagens de ressonância magnética (MRI), usadas para diagnósticos médicos. Os ímãs usados em MRI são geralmente feitos de supercondutores.
Isso porque eles produzem campos magnéticos fortes e estáveis necessários para obter imagens precisas do corpo humano. A tecnologia de MRI tem sido um avanço significativo na medicina, permitindo diagnósticos precisos e não invasivos de uma ampla gama de doenças.
Sistemas de armazenamento de energia
A capacidade dos supercondutores de transportar eletricidade com perda zero de energia é particularmente atraente para a produção e o armazenamento de energia renovável, como a solar e a eólica. Os supercondutores podem ser usados para armazenar grandes quantidades de energia em campos magnéticos.
Assim, eles podem ser posteriormente convertidos em eletricidade com perda mínima de energia. Esses sistemas de armazenamento de energia têm o potencial de tornar a energia eficiente, renovável mais acessível e confiável, permitindo que as fontes renováveis de energia sejam mais facilmente integradas à rede elétrica existente.
Essa usabilidade da supercondutividade tende a ser uma grande evolução para toda a humanidade, principalmente, com a crescente preocupação com o meio ambiente e o uso de energias renováveis.
Além dessas aplicações, a supercondutividade também é usada na produção de geradores elétricos mais eficientes e na construção de grandes ímãs aplicados em aceleradores de partículas. Esses aceleradores são tomados para estudar a estrutura fundamental da matéria e ajudam a avançar a nossa compreensão da física.
Por fim, podemos concluir que a supercondutividade é um fenômeno fascinante, com o potencial de revolucionar a maneira como utilizamos a energia e processamos informações. As aplicações industriais dessa tecnologia são vastas e diversas. À medida que as pesquisas avançam, é provável que novas usabilidades sejam desenvolvidas.
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