Supercondutividade: Uma Análise Histórica e Fundamentos
Sílvia Letícia Lima Corrêa1; Igor T. Padilha 2
Universidade Federal do Amazonas , silviacorreacontact@gmail.com , igorfis@ufam.edu.com
INTRODUÇÃO
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Em 1911, Heike Karmelingh Onnes e sua equipe da Universidade de Leiden observaram em seu laboratório pela primeira vez um fenômeno exótico e surpreendente da natureza que viria a ser conhecido como supercondutividade . Anos antes dessa fantástica descoberta , Onnes liquefez o Hélio submetendo-o a sucessivos processos de resfriamento obtendo temperaturas inferiores a 4 K. A partir daí, ele investigou o comportamento da resistência elétrica para diversos metais, porém, estes apresentaram o que ele identificou como resistência residual, na presença de impurezas dos materiais em análise. Por fim, o material candidato para tal pesquisa foi o mercúrio devido a facilidade em encontrar esse metal em elevado grau de pureza. A supercondutividade desde sua descoberta tem sido um objeto de estudo de grande interesse. Novos materiais supercondutores envolvendo diferentes mecanismos de emparelhamento fazem deste um dos temas de pesquisa mais estudados na área da física da matéria condensada, além do seu grande apelo tecnológico. Na teoria BCS da supercondutividade um sistema supercondutor é descrito por uma banda eletrônica que em dada situação termodinâmica favorável apresenta um emparelhamento desses elétrons mediados pela vibração da rede cristalina. Desta maneira, este trabalho se propõe a estudar a Supercondutividade em duas frentes, uma será a análise histórica para aprofundamento e contextualização do tema e a outra será o estudo teórico introdutório do tema propriamente dito. Para que a segunda frente seja executada algumas etapas teóricas fundamentais serão percorridas, como o estudo de Eletromagnetismo, Termodinâmica e Mecânica Estatística com noções sobre Transições de Fase e Mecânica Quântica. Obtendo, portanto, uma formação introdutória completa sobre o tema.
OBJETIVOS
METODOLOGIA
Inicialmente, foi feito o levantamento bibliográfico sobre os assuntos, a priori, relevantes ao projeto, dando continuidade no levantamento toda vez que necessário no decorrer do seu desenvolvimento. Dentro do levantamento bibliográfico, além de textos atuais [7,8], fontes primárias foram pesquisadas para uma tentativa de descrição histórica mais acurada. Concomitantemente ao levantamento foram realizadas reuniões periódicas com a estudante abordando os conteúdos de Eletromagnetismo, Termodinâmica, focando nos tópicos de Fenômenos Críticos e Transições de Fase, seguindo para Fundamentos de Mecânica Quântica e finalmente Supercondutividade. Esta última foi abordada inicialmente do ponto de vista fenomenológico e posteriormente via primeiros princípios [9]. Além disso, foi desenvolvido, ao longo de todo o projeto, um ciclo de seminários que permitiu a estudante uma melhor evolução e acompanhamento do mesmo.
Para início do estudo da supercondutividade foi feito um estudo histórico da descoberta desse fenômeno conseguindo ter uma visão melhor dos desafios que os cientistas encontraram para o desenvolvimento de teorias em torno do fenômeno da supercondutividade.
A)Onnes e o novo criostato B)Experimentos com platina C)descoberta efeito meissner
Em 1950 London mostra que essa teoria pode ser originada considerando a supercondutividade como um fenômeno onde o momento dos portadores de carga tem ordem de longo alcance. A teoria de London descrevia a eletrodinâmica dos supercondutores a partir das leis de Mawell e procuravam soluções complementares para o efeito Meissner. Nessa teoria foi utilizado o conceito de superelétrons A teoria BCS, proposta em 1957, tentava explicar a origem da supercondutividade e para isso foi preciso entender um pouco da interação Elétron-Rede então utilizando um exemplo de dois elétrons viajando por uma rede cristalina construída por íons positivos conseguimos ver uma distorção formada nessa rede pela atração coulombiana. Os pares de Cooper foi outro conceito utilizado nessa teoria.
CONCLUSÃO
A princípio não houve tantas dificuldades ao estudar a parte histórica da supercondutividade, porém quando foi se aproximando de assuntos pontuais para melhor entendimento deste fenômeno como estudo do eletromagnetismo e termodinâmica de materiais das quais a aluna não tinha conhecimento prévio. Muitas dificuldades foram encontradas ao se aproximar da segunda parte do projeto dos quais deveria ser feito um estudo das equações de Maxwell e delas chegarmos até as equações de Ginzburg-landau. Optamos por chegar até as equações de London, por tentarem explicar as equações de forma mais clássica. Independentemente dos empecilhos, apesar do objetivo proposto não ter sido alcançado em relação da aplicação física em si, o projeto teve uma grande importância em diferentes aspectos para a aluna. Além do aumento do interesse da parte quântica e um melhor manejo com as ferramentas matemáticas houve também um entusiasmo no estudo da física de maneira mais aprofundada.
REFERÊNCIAS
[1] H. K. Onnes, “The discovery of superconductivity”, Commun. Phys. Lab, vol. 12, p. 120 (1911).
[2] Marconi B.S. Costa e Antônio C. Pavão “Supercondutividade: Um século de desafios e superação, Re. Bras.
Ensino Fís. 34, 2 (2012).
[3] V. L. Ginzburg, “Superconductivity: the day before yesterday-today-tomorrow”, PhysicsUspekhi, IOP
Publishing, vol. 43, no. 6, p. 573 (2000).
[4] H. K. Onees, “Experiments on the possible infuence of contact with as ordinary conductor upon the
superconductivity of mercury”, Akad. van Wetenschap-pen (Amsterdam), vol. 14, pp. 113-813 (1911).
[5] J. Bardeen, L. N. Cooper e J. R. Schrifer, Phys. Rev. 108, 1175 (1957);
[6] M. J. de Oliveira, “Termodinâmica", Editora Livraria da Física (2012);
[7] A. Cheung, “Phase Transitions and Collective Phenomena", ebook (2011);
[8] S. H. Pereira e M. G. Felix, “100 anos da supercondutividade e a Teoria de GinzburgLandau”, RBEF. 35, 1
(2013).
Permitir à estudante a possibilidade de pesquisar e se interessar por problemas físicos não triviais. Apresentá-la a teorias físicas contextualizando as aplicações que vão além do conteúdo abordado em sala de aula. Desenvolver um ensaio teórico, em nível introdutório, acerca do fenômeno da supercondutividade.