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Leituras de Física

SUPERCONDUTORES

As pesquisas no campo das temperaturas ultra-baixas começaram com a liquefação do hélio, realizada em 1908 pelo físico holandês Heike Kamerlingh Onnes (1853 - 1926). O ponto de ebulição do hélio líquido é de cerca de 4 K (-269º C).
O estudo da eletricidade mostra que a resistividade de um condutor é uma função da sua temperatura. Desta maneira, seria de esperar que a resistividade se tornasse cada vez menor, à medida que a temperatura do condutor caísse, até que não houvesse resistência alguma à passagem dos elétrons. Ao fazer experiências com vários condutores, Onnes descobriu que a resistividade, de fato, continuava a cair 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 caía subitamente para zero. Essa temperatura é chamada temperatura de transição. A condição de resistividade zero abaixo da temperatura de transição de uma substância é chamada supercondutividade. Onnes descobriu a supercondutividade em 1911.

(Temperatura de transição do chumbo)

Um supercondutor se assemelha bastante a uma máquina de movimento perpétuo. No Instituto de Tecnologia de Massachusetts, uma corrente foi induzida num anel metálico enquanto estava abaixo da sua temperatura de transição. 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.
Outra propriedade das substâncias esfriadas abaixo das suas temperaturas de transição é a sua impermeabilidade magnética. Em vez de concentrar as linhas magnéticas de força, como no caso dos metais ferromagnéticos em temperaturas ordinárias, uma substância supercondutora repele um campo magnético externo. Em outras palavras, o super-resfriamento produz uma propriedade que é o oposto do ferromagnetismo. Essa propriedade é chamada efeito Meissner, em homenagem ao físico que a descobriu em 1933. (A figura inicial mostra um ímã suspenso pelo efeito Meissner acima de um material supercondutor).

O físico norte-americano Leon Cooper (1930 - ) forneceu uma explicação para o fenômeno da supercondutividade em 1956. Num condutor metálico à temperatura normal, a corrente é conduzida por elétrons que se movem através da estrutura cristalina do metal. A repulsão eletrostática verificada entre os elétrons inibe seu movimento, o que explica a resistência elétrica do metal. Num supercondutor, no entanto, os elétrons deslocam-se aos pares, cujo momento - e consequentemente o movimento - não encontra impedimento na estrutura cristalina. Contudo, na temperatura de transição, a energia cinética das partículas na substância supera a ligação entre os elétrons e ela se transforma num condutor comum.

Os físicos acreditam que a temperatura de transição mais elevada possível para um metal é de cerca de 20 K. Isso cria uma séria limitação à utilização dos supercondutores. Evidentemente, os supercondutores são muito promissores para aplicações como transmissão sem perda de energia e supereletroímãs. É concebível que o efeito Meisser possa ser usado para suspender trens que desenvolverão velocidades superiores a 500 km/h, levitando sobre trilhos magnetizados. Entretanto, o problema da manutenção de uma linha de força ou trilhos abaixo da temperatura de transição é enorme.
Observação: O valor de 20 K para a temperatura de transição se refere a uma informação de 1986. Atualmente já se conseguiu temperaturas mais elevadas. Para valores mais atualizados consulte http://www.superconductors.org/ .

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