(Aula 7 e Lista 11) Supercondutores cerâmicos de alta temperatura (como o YBCO) apresentam uma propriedade magnética fundamental abaixo de sua temperatura crítica
. Que propriedade é essa?
A) Ferromagnetismo intenso.
B) Efeito Meissner (expulsão total do campo magnético do interior do material).
C) Paramagnetismo.
D) Geração espontânea de calor.
E) Aumento da resistividade elétrica.
A) Ferromagnetismo intenso.
B) Efeito Meissner (expulsão total do campo magnético do interior do material).
C) Paramagnetismo.
D) Geração espontânea de calor.
E) Aumento da resistividade elétrica.
Passo 1
O enunciado diz que supercondutores cerâmicos de alta temperatura (como o YBCO) apresentam, abaixo da sua temperatura crítica
, uma propriedade magnética fundamental. O que é pedido: escolher qual das alternativas A)–E) descreve essa propriedade. As alternativas são:
A) Ferromagnetismo intenso.
B) Efeito Meissner (expulsão total do campo magnético do interior do material).
C) Paramagnetismo.
D) Geração espontânea de calor.
E) Aumento da resistividade elétrica.
A) Ferromagnetismo intenso.
B) Efeito Meissner (expulsão total do campo magnético do interior do material).
C) Paramagnetismo.
D) Geração espontânea de calor.
E) Aumento da resistividade elétrica.
Passo 2
Primeiro, o que significa estar abaixo de
?
- A temperatura crítica
é a temperatura abaixo da qual o material entra no estado supercondutor. Abaixo de ocorrem duas características principais (vou explicar as duas para você entender por que uma delas é a resposta correta): - Resistividade elétrica zero: a resistividade
do material cai para (ou seja, corrente elétrica pode fluir sem queda de tensão por resistência). Escrevendo isso: para . - Propriedade magnética peculiar: o supercondutor expulsa o campo magnético do seu interior — isso é o chamado efeito Meissner. Vou detalhar esse efeito no próximo passo.
- Resistividade elétrica zero: a resistividade
Passo 3
O que é o efeito Meissner e por que é uma propriedade magnética “fundamental”?
- Efeito Meissner: quando um material se torna supercondutor (ao cruzar abaixo de
), o campo magnético dentro do volume do material tende a zero: no interior (pelo menos enquanto o campo aplicado não ultrapassar certos valores críticos). Isso significa que o supercondutor é perfeitamente diamagnético. - Para entender numericamente, use a relação entre
, e a magnetização :
Se
no interior, então
A susceptibilidade magnética
é definida por
. Da relação acima segue
o que é o sinal de diamagnetismo perfeito (expulsão total do campo). Isso é exatamente o que se chama de efeito Meissner.
Passo 4
Por que as outras alternativas estão erradas (explicando de forma direta e didática)?
- A) Ferromagnetismo intenso: ferromagnetismo é quando há magnetização espontânea alinhada (como em ímãs permanentes). Supercondutores não se tornam ferromagnéticos por causa da supercondutividade; pelo contrário, apresentam diamagnetismo (expulsão do campo). Logo, A está errada.
- C) Paramagnetismo: paramagnetismo significa
fraco (o material é atraído por campo magnético). Supercondutores exibem negativo (idealmente ), não paramagnetismo. Então C está errada. - D) Geração espontânea de calor: supercondutores, por terem
, NÃO geram calor por efeito Joule quando a corrente circula sem resistência; portanto geração espontânea de calor não é uma propriedade característica. D está errada. - E) Aumento da resistividade elétrica: exatamente o oposto ocorre — a resistividade cai para zero. Então E está errada.
Passo 5
Observação importante sobre cerâmicos tipo YBCO (prático para a prova): YBCO e outros supercondutores de alta temperatura geralmente são do tipo II. Isso significa que, conforme aumenta o campo magnético aplicado, existe primeiro um regime Meissner (expulsão total) até o campo crítico inferior
; acima de
campos penetram em forma de vórtices (estado misto) até
. Mesmo assim, a propriedade magnética fundamental associada à transição superconductora é o efeito Meissner (expulsão do campo) — é isso que distingue verdadeiramente um supercondutor de um condutor perfeito.
Resposta
B) Efeito Meissner (expulsão total do campo magnético do interior do material).