O que é supercondutividade?

A supercondutividade é uma parte legal da física que tem uso em muitos fatores de nossas vidas. Se os cientistas conseguissem descobrir um supercondutor de temperatura e pressão ambiente, isso revolucionaria a tecnologia. Infelizmente, isso se provou uma tarefa muito difícil e pode nem ser possível.

O que é supercondutividade?

Um condutor elétrico é um material que pode conduzir eletricidade. Cada material tem sua própria resistência elétrica, que é uma medida de sua oposição ao fluxo de uma corrente elétrica. Um material com alta resistência é um mau condutor e vice-versa.

A supercondutividade é um fenômeno da física em que um material tem resistência elétrica zero. Nesse estado, há uma série de efeitos interessantes e úteis. Um supercondutor sem resistência significa que uma corrente elétrica pode ser passada por ele sem nunca perder energia ou aquecê-lo. Isso pode permitir uma transmissão e armazenamento de energia perfeitamente eficiente.

Supercondutores também podem criar ímãs excepcionalmente poderosos; exemplos disso podem ser encontrados em máquinas de ressonância magnética e em aceleradores de partículas. Experimentos mostraram que as correntes elétricas nesses ímãs podem persistir por anos sem qualquer diminuição mensurável na força. A pesquisa sugere que a corrente seria estável por pelo menos 100.000 anos, com algumas estimativas prevendo que a corrente seria capaz de persistir por mais tempo do que a vida útil estimada do universo.

Quando colocados sobre um ímã, os supercondutores formam um campo magnético igual que repele o ímã. Isso permite que os supercondutores levitem perfeitamente acima ou abaixo de um ímã ou mesmo ao longo de uma trilha de ímãs.

Requisitos de supercondutividade

Um material só começa a superconduzir abaixo de uma certa temperatura, onde sua resistência elétrica cai repentinamente para zero. Infelizmente, todos os supercondutores conhecidos só se tornam supercondutores em temperaturas extremamente baixas. Um supercondutor de “alta temperatura” é definido como um material que se comporta como um supercondutor acima da temperatura do nitrogênio líquido (73K ou -200 ° C). A temperatura exata em que a resistência elétrica de um material cai para zero é chamada de “temperatura crítica”.

Dica: Elementos particularmente frios da física são geralmente medidos em Kelvin (K). Um Kelvin é equivalente a um grau Celsius, mas a escala Kelvin começa no zero absoluto, ou -273,15 ° C.

O supercondutor de temperatura mais alta descoberto, em 2020, é Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127, que tem uma temperatura crítica de 138K ou -135 ° C em uma atmosfera de pressão.

A temperatura não é o único fator importante na supercondutividade; a pressão também desempenha um papel em vários supercondutores. O sulfeto de hidrogênio (H2S) tem uma temperatura crítica de apenas 203 K (-70 ° C), e o decahidreto de lantânio (LAH10) tem uma temperatura crítica de 250 K (-23 ° C). Infelizmente, esses materiais precisam estar em pressões incrivelmente altas para se tornarem supercondutores, com H2S precisando de 986.923 atmosferas de pressão e LaH10 precisando de 1.677.770 atmosferas.

Dica: A pressão nesta escala é geralmente medida em GPa ou Giga-pascals com os números sendo 100 GPa e 170 GPa, respectivamente. Para ajudar a tornar esse valor mais compreensível, ele foi convertido em atmosferas. Uma atmosfera de pressão é a pressão atmosférica média ao nível do mar na Terra. Para efeito de comparação, a pressão no ponto mais profundo dos oceanos da Terra, o Challenger Deep na trincheira de Mariana, é 1.071 atmosferas a 10.994 metros abaixo do nível do mar.

Potenciais usos futuros para supercondutores em temperatura ambiente

O termo "supercondutor de temperatura ambiente" é usado para se referir a materiais futuros potenciais que exibem supercondutividade em temperaturas acima de 273 K ou 0 ° C. Para se tornarem particularmente úteis no mundo real, esses materiais também teriam que ser supercondutores em ou perto de uma atmosfera de pressão.

Um supercondutor à temperatura ambiente ajudaria a reduzir os problemas de energia do mundo quase eliminando a energia elétrica perdida durante a transmissão de longa distância por linhas de transmissão. Eles também permitiriam computadores e dispositivos de armazenamento de memória mais rápidos, juntamente com sensores científicos mais sensíveis. Ficaria muito mais barato operar os ímãs superfortes usados ​​em dispositivos como aceleradores de partículas, máquinas de ressonância magnética, protótipos de reatores de fusão nuclear e trens maglev, já que os ímãs não exigiriam nitrogênio líquido para resfriar o supercondutor o suficiente para funcionar.