Aplicações da Supercondutividade - O skate voador da Lexus

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terça-feira, 8 de janeiro de 2013

Grafite revela suas faces supercondutora e ferromagnética (graphite reveals their superconducting face)




Com informações da Agência Fapesp - 07/01/2013
 O mundo vai mudar
          Alguns elementos químicos, como o mercúrio, o chumbo e as ligas à base de nióbio, são capazes de conduzir corrente elétrica sem resistência nem perdas quando submetidos a baixíssimas temperaturas - na ordem de menos 270 graus Celsius. São os chamados supercondutores.
    Tal propriedade permitiu o desenvolvimento de poderosos eletroímãs usados, por exemplo, em máquinas de ressonância magnética, espectrômetros de massa, aceleradores de partículas, trens de levitação magnética e redes inteligentes capazes de transportar energia elétrica com maior eficiência.
    A aplicação dessa tecnologia, no entanto, é limitada pela dificuldade e pelo custo do resfriamento extremo, geralmente feito com hélio ou nitrogênio líquido.
    A busca de materiais capazes de se comportar como supercondutores em temperatura ambiente, portanto, tem mobilizado cientistas de todo o mundo, entre eles Yakov Kopelevich, professor da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). “O máximo que já se conseguiu no meio acadêmico foi fazer um supercondutor funcionar em torno de menos 100 graus Celsius. Se realmente encontrarmos um supercondutor que funcione em temperatura ambiente, o mundo vai mudar,” profetizou Kopelevich.

Devido aos custos de instalação e manutenção, o maior cabo supercondutor do mundo, instalado na Alemanha, tem pouco mais de 1 km de extensão. [Imagem: Nexans]

Grafite supercondutor
    Em 1999, Kopelevich observou evidências de supercondutividade no grafite - mineral composto por átomos de carbono - em uma faixa de temperatura que vai de menos 271 até 27 graus Celsius positivos.

  “A grande dificuldade é que, embora existam características supercondutoras no grafite, elas se encontram somente em alguns locais do material. Precisamos achar meios de extrair esses elementos e potencializar o fenômeno. Não é uma tarefa simples, mas já encontramos um caminho para realizá-la,” disse Kopelevich.

   O pesquisador vem trabalhando com um método conhecido como dopagem eletrostática, que consiste em aplicar um campo elétrico sobre o material para forçar a redistribuição da carga elétrica na superfície.
   “A ideia é trazer mais elétrons, que são os portadores de eletricidade, para a superfície do grafite. Aumentando a densidade de elétrons na superfície do material é possível induzir a supercondutividade”, explicou.
  Segundo Kopelevich, o Brasil possui uma das maiores e melhores reservas mundiais de grafite no Estado de Minas Gerais. “Se alcançarmos nosso objetivo, o Brasil será o melhor lugar para produzir supercondutores de grafite”, afirmou.

O magnetismo inesperado do grafite entusiasmou pesquisadores da área da spintrônica. [Imagem: Kees Flipse]

Ferromagnetismo no grafite
Embora sua principal linha de pesquisa seja no campo da supercondutividade, Kopelevich também se dedica a buscar meios de potencializar outra propriedade observada no grafite: o ferromagnetismo. Nesse caso, o fenômeno também está concentrado em algumas partes do material, mas a oxidação do mineral amplia o efeito. “Para isso, basta transformar o grafite em pó e expor ao oxigênio,” disse.
     O ferromagnetismo é importante para a produção de ímãs de diversos tipos - desde aqueles usados em geladeiras, como também os de motores, equipamentos eletrônicos, peças de computador, geradores e transformadores de energia. Há seis elementos naturais com propriedades ferromagnéticas e somente três que funcionam em temperatura ambiente: ferro, cobalto e níquel, explicou Kopelevich. “Acreditava-se que esse fenômeno só era possível em elementos pesados, mas o carbono é um elemento leve. Se conseguirmos potencializar sua propriedade ferromagnética, isso terá implicações enormes, por exemplo, na área de aviação e de exploração espacial,” afirmou.
     Kopelevich realiza as pesquisas com uma forma ultrapura do material, chamado grafite pirolítico altamente orientado (HOPG), mas acredita que a supercondutividade também pode ser induzida na forma desordenada ou amorfa, significativamente mais barata. “Com o método da dopagem eletrostática qualquer grafite pode apresentar essa propriedade”, disse.
     O grafite é uma das três formas alotrópicas do carbono. As outras duas são o diamante e o fulereno. O mineral é composto por múltiplas camadas de átomos de carbono - cada um desses planos é conhecido como grafeno.


quarta-feira, 26 de dezembro de 2012

Nobelistas (nobelists)



O número de prêmios Nobel de Física outorgados a pesquisadores da supercondutividade é uma clara demonstração do quanto esta área é ativa. Se incluirmos os nobelistas que desenvolveram trabalhos em criogenia, o número de nobéis é ainda maior. O fascinante universo da supercondutividade não se resume a prêmios, há uma série de aplicações extremamente interessantes que estão aproximando-se do cotidiano do cidadão comum. Por enquanto, abordaremos apenas os nobelistas nesse post, em outro momento trataremos das aplicações.
Abaixo, segue uma imagem que descreve a seqüência na qual os prêmios foram distribuídos. Clique na figura para acessar uma visualização melhor! Vale destacar que o Nobel de 1972 poderia ter um brasileiro incluso: o físico Newton Bernardes!



Na barra lateral esquerda deste blog você pode encontrar links clicando diretamente nas fotos dos pesquisadores. A foto do professor Newton está lá! Newton Bernardes foi aluno de pós-graduação de John Bardeen e o seu artigo é citado nas primeiras páginas do paper da teoria BCS. O professor Bernardes trabalhava sobre um modelo de dois fluidos para elucidar o calor específico e o gap de energia previsto na transição para a supercondutividade.
Até o presente momento (12/2012), 5 prêmios Nobel em Física foram destinados a pesquisadores da supercondutividade. No mínimo, mais 2 estão por vir: um para quem obter um material supercondutor à temperatura ambiente (e/ou maior que a ambiente) e outro para quem desenvolver uma teoria ab initio que explique a supercondutividade em qualquer intervalo de temperatura. Um terceiro é provável caso se desenvolva a computação quântica via supercondutividade. De qualquer modo, esses desafios permanecem em aberto. Quem sabe se algum brasileiro não ganha dessa vez?!

segunda-feira, 24 de dezembro de 2012

Aulas e apresentações (slides and lectures)




Abaixo segue uma lista de links contendo aulas, trabalhos e apresentações em português sobre a supercondutividade. São bons materiais que servem como fonte de estudo, consulta e pesquisa. Se você tiver algum material que deseja divulgá-lo em nosso blog, favor enviar para: superconduza@gmail.com.
     Clique nos links abaixo para acessá-los!

sexta-feira, 21 de dezembro de 2012

Textos em português (portuguese texts)

É sempre útil poder encontrar na literatura textos em português que introduzam o estudante em alguma área de pesquisa do seu interesse. Há décadas é sabido que o idioma oficial da ciência é o inglês e que o sujeito que se aventura nas pesquisas científicas deve ter no mínimo o domínio da leitura. Poder contar com algum auxílio inicial de textos em português serve para que o aluno se localize do tema e não se sinta tão perdido e desorientado. Pensando nisso, o primeiro post do nosso blog traz alguns artigos sobre a supercondutividade publicados no Brasil. Espero que seja útil para despertar o interesse de muitos!
    2013 - 100 anos de supercondutividade e a teoria de Ginzburg-Landau. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 35, nº 1, 1313(1-10). S.H. Pereira, Marcelo G. F élix. Fonte: http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/351313.pdf.
2012 - Limitadores de corrente de curto-circuito supercondutores: principais conceitos e testes. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 34, nº 4, 4313(1-8). Wescley T. B. Sousa, Alexander Polasek, Rodrigo Dias, Rubens de Andrade Jr. Fonte: http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/344313.pdf.
2012 - Supercondutividade: um século de desafios e superação. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 34, nº 2, 2602(1-15), http://dx.doi.org/10.1590/S1806-11172012000200017. Marconi B. S. Costa, Antonio C. Pavão. Fonte: http://www.scielo.br/pdf/rbef/v34n2/v34n2a17.pdf.
2011 - Supercondutividade e aplicações: uma necessidade de inserção nos currículos dos cursos de engenharia. XXXIX CONGRESSO BRASILEIRO DE EDUCAÇÃO EM ENGENHARIA. Laura O. Carraro, Ângelo R. Oliveira, Marlon J. Carmo, José E. R. Costa. Fonte: http://www.abenge.org.br/CobengeAnteriores/2011/sessoestec/art1875.pdf.
2009 - Supercondutividade de alta temperatura crítica: passado, presente e futuro de um fenômeno ainda misterioso. Ciência Hoje, vol. 44, nº 263, 42-48. Antonio R. de C. Romaguera, Cristiane M. Smith, Mauro M. Doria.Fonte:http://www.if.ufrj.br/~pef/producao_academica/artigos/2009_mauro_1.pdf.
2009 - Roteiro para abordagem da supercondutividade experimental no ensino de física. Lat. Am. J. Phys. Educ., vol. 3, nº 2, 288-299. Fábio S. Rocha, Jacob Schaf. Fonte: http://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/3693120.pdf.
2008 - Investigação sobre a decomposição e recristalização do supercondutor de alta temperatura Bi-2223. Revista Matéria, vol. 13, nº 1, 238-245, http://dx.doi.org/10.1590/S1517-70762008000100030. E. R. I. Bispo, A. I. Polasek, M. A. Neves, F. I. Rizzo. Fonte: http://www.scielo.br/pdf/rmat/v13n1/a30v13n1.pdf.
2008 - Supercondutividade: que vibrações são essas?. Ciência Hoje, vol. 42, nº 249, 14-15. Mauro M. Doria, Antonio R. de C. Romaguera. Fonte:http://www.if.ufrj.br/~pef/producao_academica/artigos/2008_mauro_1.pdf.
2008 - Um novo estado da matéria - a fluidez com pares separados. Ciência Hoje, vol. 41, nº 246, 34-39. Heron Caldas. Fonte: http://www.ufsj.edu.br/portal-repositorio/File/dcnat/_Heron/Artigo%20Superfluidez_CH246.pdf.
2005 - Mobilidade de oxigênio intersticial em cerâmicas SmBa2Cu3O7-d. Cerâmica, vol. 51, 265-268, http://dx.doi.org/10.1590/S0366-69132005000300014. R. M. Nascimento, C. R. Grandini, J. M. A. Gimenez, A. G. da Cunha. Fonte: http://www.scielo.br/pdf/ce/v51n319/26801.pdf.
2004 - Roteiro para a experiência de levitação de um imã repelido por um supercondutor no ensino de Física. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 26, nº 1, 11-18, http://dx.doi.org/10.1590/S1806-11172004000100002. Fábio S. Rocha, Henrique A. Fraquelli. Fonte: http://www.scielo.br/pdf/rbef/v26n1/a02v26n1.pdf.
2003 - Prêmio Nobel de Física em 2003: Supercondutividade e Superfluidez - Manifestação de Efeitos Quânticos na Escala Macroscópica. Física na Escola, vol. 4, nº 2, 28-29. Nelson Studart. Fonte: http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol4/Num2/v4n2a10.pdf.
2002 - Introdução a Supercondutores Granulares Artificiais: Redes de Junções Josephson. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 24, nº 4, 390-398. F. M. Araujo-Moreira, W. Maluf, G. M. Cecato, L. F. Kawashita. Fonte: http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/v24_390.pdf.
2002 - O fascinante mundo dos materiais supercondutores. Univerciência, vol. 1, nº 2, 39-48. F. M. Araújo-Moreira, A. J. C. Lanfredi, C. A. Cardoso, W. Maluf, A. Mombrú, C. Navau. Fonte: http://www.univerciencia.ufscar.br/n_2_a1/super.pdf.
2001 - Introdução à Supercondutividade, Suas Aplicações e a Mini-Revolução Provocada Pela Redescoberta do MgB2: Uma Abordagem Didática. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 23, nº 4, 381-390.  Paulo S. Branício. Fonte: http://www.scielo.br/pdf/rbef/v23n4/v23n4a04.pdf; http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172001000400004&lang=pt.
2001 - O sentido físico dos campos B e H. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 23, nº 2, 252-255, http://dx.doi.org/10.1590/S1806-11172001000200017. G. F. Leal Ferreira. Fonte: http://www.scielo.br/pdf/rbef/v23n2/v23n2a17.pdf.
1999 - Na Vanguarda da Pesquisa (publicação de divulgação científica do CBPF): A supercondutividade. http://portal.cbpf.br/index.php?page=divulgacao.revista. Amós Troper, Alexandre L. Oliveira, Viviana P. Rammuni. Fonte: http://portal.cbpf.br/protected/Pages/divulgacao/pdfs/FisMatCon_Supercond.pdf.
1998 - Tópicos de Física Contemporânea no Ensino Médio: um Texto para Professores sobre Supercondutividade. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 20, nº 3, 270-288. F. Ostermann, L. M. Ferreira, C. J. Holanda Cavalcanti. Fonte: http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/v20_270.pdf.
1996 – Criogenia e condutividade. Química Nova na Escola, nº 3, 8-10. Geraldo A. L. Ferreira, Gerson de S. Mól, Roberto R. da Silva. Fonte: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc03/atual.pdf.

Em adição, segue o link para um artigo que não é em português mas serve para fins de divulgação:

1992 Superconductivity research in Brazil. Ciência e Cultura,  nº 1, vol. 44, 57-61. Oscar F. de Lima.

Obs.: mesmo sendo o primeiro post do blog, ele será constantemente atualizado, tendo em vista que as publicações em português sobre a supercondutividade são frequentes. Se você tiver algum texto que deseja incluir nesta lista, favor envie o link e o texto para superconduza@gmail.com!

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