(Aula 7 e Lista 11) Supercondutores cerâmicos de alta temperatura (como o YBCO) apresentam uma propriedade magnética fundamental abaixo de sua temperatura crítica (T c). 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.

Passo 1

O enunciado diz que supercondutores cerâmicos de alta temperatura (como o YBCO) apresentam, abaixo da sua temperatura crítica \,T_c, 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.

Passo 2

Primeiro, o que significa estar abaixo de \,T_c?
  • A temperatura crítica \,T_c é a temperatura abaixo da qual o material entra no estado supercondutor. Abaixo de \,T_c ocorrem duas características principais (vou explicar as duas para você entender por que uma delas é a resposta correta):
    1. Resistividade elétrica zero: a resistividade \rho do material cai para \,0 (ou seja, corrente elétrica pode fluir sem queda de tensão por resistência). Escrevendo isso: \rho=0 para T<T_c.
    2. 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.

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 \,T_c), o campo magnético dentro do volume do material tende a zero: \mathbf{B}=0 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 \mathbf{B}, \mathbf{H} e a magnetização \mathbf{M}:
\mathbf{B}=\mu_0(\mathbf{H}+\mathbf{M}).
Se \mathbf{B}=0 no interior, então
\mathbf{M}=-\mathbf{H}.
A susceptibilidade magnética \chi é definida por \chi=\dfrac{M}{H}. Da relação acima segue
\chi=-1,
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 \chi>0 fraco (o material é atraído por campo magnético). Supercondutores exibem \chi negativo (idealmente -1), não paramagnetismo. Então C está errada.
  • D) Geração espontânea de calor: supercondutores, por terem \rho=0, 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 H_{c1}; acima de H_{c1} campos penetram em forma de vórtices (estado misto) até H_{c2}. 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).

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