supercondutividade resistência elétrica nula metal normal luis ghivelder
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Supercondutividade
Resistência elétrica nula
Metal normal
Luis Ghivelder
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A descoberta da supercondutividade
Kammerlingh Onnes (1853 – 1926)
Luis Ghivelder
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Paul Ehrenfest, Hendrik Lorentz, Niels Bohr, Kamerlingh Onnes (1919)
Luis Ghivelder
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Temperatuta crítica de alguns materiais supercondutores
Luis Ghivelder
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Os elementos supercondutoresLi Be
0.026 B C N O F Ne
Na Mg Al 1.14 10
Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti 0.39 10
V 5.38 142
Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn 0.875 5.3
Ga 1.091
5.1
Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr 0.546 4.7
Nb 9.5 198
Mo 0.92 9.5
Tc 7.77 141
Ru 0.51
7
Rh 0.03
5
Pd Ag Cd 0.56
3
In 3.4 29.3
Sn 3.72 30
Sb Te I Xe
Cs Ba La 6.0 110
Hf 0.12
Ta 4.483
83
W 0.012 0.1
Re 1.4 20
Os 0.655 16.5
Ir 0.14 1.9
Pt Au Hg 4.153
41
Tl 2.39 17
Pb 7.19 80
Bi Po At Rn
Temperatura de transição (K)Campo magnértico crítico (mT)
Bons condutores não são supercondutores
Nb(Nióbio)
Tc= 9KTc mais alto
Fe
Elementos magnéticos não são supercondutores
Luis Ghivelder
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Efeito Meissner (1933)
O campo magnético é nulo dentro de um supercondutor
Luis Ghivelder
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BA
i i i
Material SupercondutorCampo magnético externoCorrente elétrica superficialCampo magnético gerado pelas correntes superficiais
BA
Diamagnetismo perfeito
Expulsão do campo magnético
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Campo magnético não entra na amostra Levitação magnética
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Supercondutores tipo II VÓRTICES
Campo magnético penetra
somentenuma pequena profundidade λL
Campo magnético penetra
em “tubos” de diâmetro λL formando regiões normais dentro do
material
T > TC tipo I tipo II
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Supercondutores tipo II VÓRTICES
Supercondutor tipo II
Vórtices
Corrente
0.1 micron = 1 x 10-4 mm
Luis Ghivelder
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Limitador para aplicações práticas
CORRENTE CRÍTICA
Para uma dada temperatura T, a amostra só é supercondutora abaixo de um campo crítico Hc
Luis Ghivelder
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O que torna os materiais supercondutores ???
Teoria BCS - 1957
Bardeen, Cooper, e Schrieffer
Interação dos elétrons com a rede forma pares de elétrons,
que atravessam o material livremente
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A grande descoberta de 1986
Supercondutividade de Alta Temperatura
Bednorz e Müller
LaBaCuO 40 K / -233 ºCO primeiro:
HgTlBaCaCuO 138 K / -135 ºCO recorde:
YBaCuO 92 K / -181 ºC
O mais estudado:
Óxidos de Cobre com metais de transição e terras raras
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Materiais Supercondutores
1910 1930 1950 1970 1990
20
40
60
80
100
120
140
160
Tem
per
atu
ra d
e tr
ansi
ção
su
per
con
du
tora
(K
)
HgPb NbNbCNbC NbNNbN
V3SiV3Si
Nb3SnNb3Sn Nb3GeNb3Ge(LaBa)CuO(LaBa)CuO
YBa2Cu3O7YBa2Cu3O7
BiCaSrCuOBiCaSrCuO
TlBaCaCuOTlBaCaCuO
HgBa2Ca2Cu3O9HgBa2Ca2Cu3O9
HgBa2Ca2Cu3O9
(sob pressão)
HgBa2Ca2Cu3O9
(sob pressão)
Temperatura do Nitrogênio Líquido
(77K)
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A supercondutividade ocorre em planos de CuO2
YBa2Cu3O7-
Vórtices em panquecas
Estrutura cristalina determinada
através de difração de raios-x
Luis Ghivelder
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Novos materiais supercondutores vem sendo descobertos
periodicamente
1987 YBaCuO (HTSC)
2008 BaKFeAs (pinictideos)
1999 MgB2
Muitas questões em aberto:Mecanismos resposnsaveis pela supercondutividade
Aplicações
Luis Ghivelder
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Aplicações práticas de supercondutividade
Geração de campos magnéticos
Fonte de potência
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Fontes de campos magnéticos
Solenóide
Espira
Fio retilíneo
Imã
A Terra
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Fios supercondutores
Nb3Sn
NbTi
BiSrCaCuO-Ag
MgB2
Luis Ghivelder
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Construindo solenóides supercondutores (I)
Aplicações na física da matéria condensada - materiaisLuis Ghivelder
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Os solenóides supercondutores são colocados em criostatos, para realização de experimentos combinando
baixas temperaturas e altos campos magnéticos
Estudo do comportamento de materiais em condições extremas
“Quench” do magneto supercondutor
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Construindo solenóides supercondutores (II)
Aplicações na física nuclear de altas energiasLuis Ghivelder
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Construindo solenóides supercondutores (III)
Aplicações na medicina: imagens por ressonância magnéticaLuis Ghivelder
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Corpo humano3 x 10-10 T / 3 x 10-6 Oe
0.3 T/ 3000 Oe
Imã de geladeiraAuto-falante
Vamos entender a magnitude de alguns campos magnéticos
Terra3 x 10 -5 T / 0.3 Oe
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Solenóide supercondutor
5 a 20 T / 50 a 200 kOe
Solenóide convencional (eletroimã)0.5 a 2 T / 50 a 200 kOe
Luis Ghivelder
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Pesquisas com campos magnéticos muito intensos (i)
Máximo campo contínuo: combinando solenóides supercondutor e convencional –
H = 45 T
NHMFL – FLORIDA, USA: supercondutor 11.5T, resistivo 33.5T
consumo 36MW, energia armazenada – 100MJ Luis Ghivelder
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Campos magnéticos pulsados, até H = 300 T
Banco de CapacitoresLNCMP – Toulosse, França
Pesquisas com campos magnéticos muito intensos (ii)
Luis Ghivelder
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Magnetos destrutivos, até H = 1000 T em alguns microsegundos
Pesquisas com campos magnéticos muito intensos (iii)
Porque realizar esses estudos ???Aplicações ou ciência básica ??
Luis Ghivelder
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Não leve essa aula muito a sério... apenas relaxe e desfrute.
Vou contar para você como a natureza se comporta. Se você simplesmente admitir que ela se comporta dessa
forma, você a encontrara encantadora e cativante.
Mas não fique perguntando para si próprio: “mas como ela pode ser assim?” porque nesse caso você entrará em um
beco sem saída do qual ninguém nunca escapou.
Ninguém sabe porque a natureza é assim.
Richard Feynman Prêmio Nobel de Física em 1965pela descoberta da eletrodinâmica quântica
Luis Ghivelder
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Fiquem um pouco mais para assistir a um experimento
de levitação de um imã sobre um material supercondutor
Fim…
Luis Ghivelder