A supercondutividade, um fenômeno que permite que a corrente elétrica flua sem resistência, poderá revolucionar o futuro dos nossos sistemas energéticos. Se você já olhou para sua conta de luz e sentiu um aperto no coração, sabe por que esta é uma notícia emocionante. Numa altura em que a procura de energia aumenta constantemente, os supercondutores podem ser a chave para uma distribuição de energia ultraeficiente. Nesta postagem do blog, mergulhamos em duas categorias principais desta tecnologia inovadora: Supercondutores Tipo 1 e Tipo 2 Descubra suas propriedades únicas, diferenças e aplicações práticas à medida que desvendamos o imenso potencial dessas inovações em nosso mundo repleto de tecnologia. O futuro da energia poderia muito bem ser supercondutor – prepare-se para uma atmosfera elétrica!
Os supercondutores Tipo 1 e Tipo 2 diferem em sua resposta aos campos magnéticos. Os supercondutores tipo 1 dissipam todo o fluxo magnético quando um campo magnético é aplicado, enquanto os supercondutores tipo 2 permitem a penetração parcial do fluxo magnético. Esta diferença surge de diferenças no comprimento de coerência e na profundidade de penetração em Londres. Compreender essas diferenças é crucial para pesquisadores e engenheiros que trabalham com materiais supercondutores.
Classificação de supercondutores
Supercondutores são materiais que não possuem resistência elétrica e emitem fluxo magnético de dentro para fora. Eles podem ser divididos aproximadamente em Tipo I e Tipo II. A classificação é baseada no comportamento de um supercondutor em um campo magnético externo.
Este artigo examina as diferenças entre esses supercondutores e suas respectivas aplicações. Vamos começar com os supercondutores Tipo I.
Supercondutor tipo 1
Os supercondutores tipo I foram os primeiros a serem descobertos e geralmente são feitos de metais puros como alumínio, chumbo ou mercúrio. Quando um campo magnético externo é aplicado, esses supercondutores mudam abruptamente do estado supercondutor para o estado normal (resistivo). A um determinado valor do campo magnético (chamado campo crítico), os supercondutores tipo I passam por uma transição de fase e retornam ao seu estado resistivo, deslocando todo o fluxo magnético.
Por exemplo, o chumbo em 4K tem uma intensidade de campo crítica de 0,08 Tesla. Se aplicarmos um campo magnético acima deste valor crítico à baixa temperatura de 4K, o chumbo perde a sua supercondutividade e torna-se novamente condutor.
Propriedades dos supercondutores Tipo I
Uma característica importante destes supercondutores é que eles rejeitam completamente qualquer campo magnético, exceto por uma pequena borda de alguns nanômetros, onde os tubos de fluxo ocorrem em campos críticos. Devido à sua falta de tolerância a campos magnéticos elevados, os supercondutores Tipo I são usados principalmente em casos onde são necessários ambientes de baixa temperatura – como em dispositivos de espectroscopia de RMN, aceleradores de partículas e scanners de ressonância magnética.
Embora as aplicações dos supercondutores Tipo I exijam ambientes com temperaturas extremamente baixas e campos magnéticos fracos, esta situação não é ideal, pois limita a sua função. Em contraste, muitas aplicações modernas da tecnologia supercondutora requerem campos magnéticos de alta quilotesla. É aqui que os supercondutores Tipo II se tornam relevantes.
Supercondutores tipo I, como alumínio, chumbo e mercúrio, fazem a transição abrupta do estado supercondutor para o estado normal quando expostos a um campo magnético externo superior ao seu campo crítico. Esses supercondutores dissipam completamente o fluxo magnético, exceto por uma pequena borda onde ocorrem os tubos de fluxo. Devido à sua incompatibilidade com campos magnéticos elevados, os supercondutores Tipo I são usados principalmente em ambientes de baixa temperatura para aplicações como dispositivos de espectroscopia de RMN, aceleradores de partículas e scanners de ressonância magnética. No entanto, os supercondutores Tipo II são mais adequados para a crescente necessidade de campos magnéticos elevados na tecnologia supercondutora moderna.
Supercondutores tipo 2
Os supercondutores podem ser divididos em dois tipos: Os supercondutores Tipo I e Tipo II são talvez mais excitantes porque podem conduzir eletricidade sem resistência a temperaturas mais altas em um campo magnético mais forte do que um determinado valor crítico. Eles são mais complexos que os supercondutores Tipo I e exibem um estado misto entre campos críticos inferiores e superiores, permitindo a penetração parcial do fluxo magnético. Esta condição consiste em feixes de filamentos de fluxo rodeados por vórtices circulantes de corrente de proteção.
Pense nisso como nadar em uma piscina. Embora seja impossível nadar através de paredes sólidas, como Por exemplo, se você atingir o fundo da piscina, ainda poderá nadar sem encontrar resistência quando estiver em águas mais profundas.
- Verificou-se que todos os supercondutores Tipo I são metais elementares puros, enquanto a maioria dos supercondutores Tipo II são materiais compósitos ou ligas.
- Os supercondutores do tipo I sofrem uma transição abrupta do seu estado normal para um estado sem resistência a baixas temperaturas, enquanto os supercondutores do tipo II experimentam uma transição gradual.
- Os dados sugerem que cerca de 50% dos elementos da tabela periódica exibem supercondutividade Tipo I à pressão atmosférica.
Compreendendo as propriedades dos supercondutores
As propriedades supercondutoras são cruciais no desenvolvimento de materiais para aplicações de baixa resistência elétrica. A classificação em Tipo I ou Tipo II depende do comprimento de coerência e da profundidade de penetração de London, sendo o Tipo II caracterizado por uma profundidade de penetração que excede o comprimento de coerência.
Supercondutividade tipo I
- Ocorre abaixo de uma temperatura crítica (Tc).
- Possui blindagem diamagnética completa e repele todos os campos magnéticos.
- Pode ser causado por pressão externa ou doping.
Supercondutor tipo II
- Coexistência de diamagnetismo parcial.
- Fatores externos como pressão, temperatura e campos magnéticos influenciam o comportamento.
- Campos magnéticos moderados criam “tubos de fluxo” que fazem com que o material se normalize localmente.
Aplicações práticas
Os supercondutores tipo II são preferidos para aplicações práticas. Eles podem conduzir eletricidade sem resistência em temperaturas e campos magnéticos mais elevados.
Vantagens dos supercondutores tipo II
- Funcionalidade em temperaturas mais altas.
- Melhor desempenho em diferentes campos magnéticos.
- Aplicações em geradores elétricos, máquinas de ressonância magnética e aceleradores de partículas.
Influência dos campos magnéticos
A supercondutividade é um campo de pesquisa fascinante que trata de materiais que podem conduzir eletricidade sem resistência. Existem dois tipos de supercondutores: Tipo 1 e Tipo 2. Embora os supercondutores Tipo 1 sejam limitados a uma determinada faixa de campo magnético, os supercondutores Tipo 2 podem suportar campos magnéticos muito mais elevados.
Papel da temperatura
Os materiais supercondutores do tipo I deslocam completamente qualquer campo magnético quando resfriados abaixo de sua temperatura crítica específica, um valor que depende da composição do material. Os materiais do Tipo II, por outro lado, mostram apenas o efeito Meissner em campos magnéticos mais baixos. Acima deste limite, formam-se vórtices no supercondutor, permitindo a penetração parcial do fluxo magnético. Em aplicações de alta corrente, os pesquisadores estão investigando ativamente estratégias para reduzir ou eliminar as perdas associadas a esses vórtices para melhorar a eficiência dos supercondutores Tipo II.
Materiais supercondutores na prática
A temperatura crítica (Tc) é outra diferença fundamental entre os dois tipos de supercondutores. Os materiais do tipo 1 têm um valor Tc único que varia de uma substância para outra devido às diferentes estruturas cristalinas e modos de ligação metálica. Em contraste, o Tipo II inclui supercondutores de alta temperatura (HTS), alguns dos quais atingem temperaturas superiores a -110 graus Celsius.
Vale a pena notar que redesenhar os materiais existentes não é suficiente para criar materiais de alta temperatura sem uma consideração cuidadosa das suas mudanças estruturais e outras propriedades, tais como o comprimento de coerência. Portanto, pesquisas contínuas visam compreender esse problema complexo para aplicações comerciais.
Desenvolvimentos futuros na tecnologia de supercondutores
Supercondutores são materiais com resistência elétrica exatamente zero. Esta propriedade permite a criação de eletroímãs poderosos, tornando os supercondutores úteis em diversas áreas, como medicina, energia e transporte. No entanto, nem todos os supercondutores são iguais e existem diferenças importantes entre eles. As duas classificações gerais são Tipo 1 E Tipo 2 Supercondutores.
Os supercondutores do tipo I, como o chumbo ou o estanho, caracterizam-se pela sua simplicidade, pois consistem em elementos metálicos puros com baixos números atômicos. Quando energia suficiente é aplicada para acionar o mecanismo de emparelhamento de Cooper, esses materiais exibem supercondutividade, na qual os elétrons se combinam em pares. Um ponto crítico é alcançado, o que significa que os elétrons requerem menos energia para formar pares do que para existirem independentemente, resultando em uma queda significativa na resistência. A supercondutividade tipo I é limitada a baixas temperaturas e campos magnéticos fracos. No entanto, quando estes supercondutores são expostos a fortes campos magnéticos ou correntes que excedem certos valores críticos, perdem as suas propriedades supercondutoras.
Em contraste, os supercondutores tipo 2 possuem estruturas cristalinas complexas com múltiplos componentes, como ligas de nióbio-titânio ou cerâmicas, como óxido de ítrio, bário e cobre (YBCO). Eles têm duas intensidades críticas de campo magnético, chamadas Hc1 e Hc2. Hc1 marca o estágio inicial de penetração do fluxo, onde o tipo 2 perde temporariamente suas propriedades supercondutoras. No entanto, à medida que a intensidade do campo externo aumenta ainda mais, um núcleo tipo 2 completamente não afetado é formado, garantindo a fixação do fluxo em alta temperatura. Esses materiais funcionam em temperaturas mais altas e em campos magnéticos mais fortes que o Tipo 1 e, portanto, encontram aplicações industriais mais práticas.
