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Supercondutividade: o que é e por que é importante para o nosso futuro

Supercondutividade: o que é e por que é importante para o nosso futuro


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Em janeiro de 2019, o CERN anunciou que estava finalizando planos para um Futuro Colisor Circular (FCC) para substituir o Grande Colisor de Hádrons que teria quase 100 quilômetros de comprimento, alimentado por ímãs que controlam o poder da supercondutividade. Capaz de acelerar partículas até perto da velocidade da luz para serem esmagadas, o FCC tem o potencial de se tornar uma "fábrica de bóson de Higgs". Mas o que há nos supercondutores que os tornam tão poderosos?

A resposta está na incrível propriedade da supercondutividade, uma característica material única que tem o potencial de revolucionar a transmissão elétrica, o transporte e a física como os conhecemos.

O que é supercondutividade?

A supercondutividade é claramente importante, então o que é?

Para começar, precisamos entender como a corrente elétrica passa por um material e que papel a resistência desempenha nesse processo.

Para ter uma corrente elétrica, você precisa ter um material carregado negativamente, um material que tenha uma carga relativamente positiva e um condutor que passe elétrons do material carregado negativamente para o carregado positivamente.

VEJA TAMBÉM: FÍSICOS DE TODO O MUNDO DESCONHECEM A DESCOBERTA DO NOVO SUPERCONDUTOR

Este processo, no entanto, não é perfeito. Nem todo material passa esses elétrons tão facilmente quanto o outro, e mesmo nos metais mais condutores, como o cobre, o material oferece resistência à corrente. Essa resistência significa que toda a corrente não pode passar pelo material e que a corrente perde parte de sua energia na forma de calor.

Essa perda de energia não é necessariamente ruim, pois essa energia de calor é o que nos dá luz elétrica e outras tecnologias modernas, mas se você está transmitindo energia de uma parte do país para outra, essa perda de energia é incrivelmente ineficiente.

Outro problema é que a corrente enfraquece com o tempo, ao passar por um material resistente, pois é lentamente sugada como energia térmica. Isso significa que há um limite para a distância que uma corrente elétrica pode viajar antes de se dissipar totalmente.

É isso que torna a supercondutividade tão especial. Supercondutividade é quando um material deixa de resistir a uma corrente elétrica e permite que passe por ela livremente, sem nenhuma perda aparente de energia como resultado.

Para colocar o material em um estado supercondutor, ele deve ser congelado a uma temperatura extremamente baixa, às vezes a apenas alguns graus acima do zero absoluto (-459,67 graus Fahrenheit, -273,15 graus Celsius). Então, por razões que ainda não podemos explicar, a resistência elétrica pára abruptamente e uma corrente elétrica pode continuar ao redor de um circuito aparentemente para sempre.

Esta não é a única propriedade exótica da supercondutividade. Muitos materiais em um estado supercondutor podem cancelar um campo magnético, fazendo com que os ímãs "pairem" acima do supercondutor.

Como descobrimos algo como um supercondutor?

Como muitas grandes descobertas científicas, a supercondutividade foi descoberta inteiramente por acidente.

Em 8 de abril de 1911, o físico holandês Heike Kamerlingh Onnes, da Universidade de Leiden, estava estudando as propriedades do mercúrio sólido quando se deparou com o fenômeno bizarro.

Pegando o hélio líquido e usando-o para baixar a temperatura de uma bobina de mercúrio sólido para apenas 4,2 graus Kelvin (-452,11 graus Fahrenheit, -268,95 graus Celsius), Onnes viu que a resistência elétrica desapareceu repentinamente e que a força da corrente elétrica no a bobina não se dissipou.

Mais tarde, Onnes testou esse processo com chumbo e descobriu que ele também deixava de resistir a uma corrente elétrica, desta vez a 7 graus Kelvin. Ele chamou a propriedade recém-descoberta de supercondutividade e ganhou o Prêmio Nobel em 1913 por seu trabalho.

O próximo grande salto veio em 1933, quando os cientistas alemães Walther Meissner e Robert Ochsenfeld descobriram que o material em um estado supercondutor repele um campo magnético. Um ímã passando por um condutor gerará uma corrente elétrica, que é o que torna possíveis os geradores elétricos.

Em um supercondutor, porém, a corrente que o ímã produz reflete exatamente o campo gerado pelo ímã, que repele o ímã. Isso tem o efeito de forçar o ímã a pairar no ar, o que é conhecido hoje como efeito Meissner.

Os cientistas continuam a fazer descobertas nas próximas décadas, mas o próximo grande passo na supercondutividade veio quando Alex Müller e Georg Bednorz, do IBM Research Laboratory em Rüschlikon, Suíça, criaram um material cerâmico supercondutor a 30 graus Kelvin.

Isso desencadeou uma enxurrada de atividades, já que os cientistas não consideravam a cerâmica como um material supercondutor - cerâmicas geralmente são isolantes - o que acabou levando uma equipe de pesquisa da Universidade de Alabama-Huntsville a desenvolver uma cerâmica que era supercondutora a 92 graus Kelvin ( -294 graus Fahrenheit, -181,15 graus Celsius), mais quente do que o nitrogênio líquido, que está amplamente disponível.

Como os supercondutores são usados?

Ainda estamos explorando as aplicações práticas dos supercondutores, mas eles já foram colocados em uso no mundo todo.

Além de usos industriais específicos, a aplicação mais amplamente usada para supercondutores é uma máquina de ressonância magnética comumente encontrada em hospitais. Apenas um sistema supercondutor poderia permitir que a energia necessária para gerar um campo magnético que alimenta uma ressonância magnética, que pode ser em qualquer lugar de 2.500 vezes a 10.000 vezes a força do campo magnético da Terra, seja econômica.

Além da máquina de ressonância magnética, o uso mais conhecido de materiais supercondutores é em aceleradores de partículas, como o tipo usado no Large Hadron Collider (LHC) do CERN ou em seu proposto Future Circular Collider.

Se a máquina de ressonância magnética parece poderosa, o LHC é uma fera absoluta.

O envio de trilhões de partículas em torno de 27 km de túneis a velocidades próximas à velocidade da luz, mantendo o feixe de partículas estável e se movendo ao longo do caminho preciso, requer um campo magnético de imenso poder, mais de 100.000 vezes o campo magnético da Terra. Isso requer uma enorme quantidade de energia, o tipo que bobinas supercondutoras podem fornecer.

O futuro da supercondutividade

Há muito que não sabemos sobre materiais supercondutores, e estamos desenvolvendo novas aplicações para supercondutores todos os dias.

A esperança é um dia usar a supercondutividade nas transmissões de energia, o que reduziria drasticamente os custos de energia em todo o mundo. Os trens Mag-lev, que usam supercondutividade para pairar um vagão acima do trilho, eliminando assim o atrito que pode atrasar um trem, podem ser o futuro do transporte.

Quem sabe? Talvez um dia tenhamos eletrônicos que utilizam supercondutores para nos dar smartphones que só precisam ser carregados uma vez por mês ou mais.

Ninguém sabe, mas com os rápidos avanços em nossa tecnologia, todos provavelmente veremos a supercondutividade em nossas vidas como uma característica normal, mais cedo ou mais tarde.


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Comentários:

  1. Huxly

    Bravo, que excelente resposta.

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  3. Geoffrey

    Mensagem bastante divertida

  4. Tearlach

    Sem palavras

  5. Zulkikus

    Eu considero, que você não está certo. Eu posso provar.

  6. Madelhari

    Concordo, uma informação muito boa



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