consulta: O que é supercondutividade e quais metais apresentam esta propriedade?

Passo 1

Você perguntou duas coisas: (1) “O que é supercondutividade?” e (2) “Quais metais apresentam esta propriedade?”. Não há mais dados no enunciado.
Aqui vou te explicar passo a passo o conceito, a física por trás, características importantes para reconhecer um supercondutor e, por fim, listar os metais elementares que exibem supercondutividade (com valores típicos de temperatura crítica), para você usar na prova ou memória rápida.

Passo 2

Definição simples e direta (intuição): supercondutividade é um estado da matéria em que, abaixo de uma certa temperatura, o material passa a conduzir corrente elétrica sem resistência elétrica e expulsa campos magnéticos do seu interior. Em linguagem de prova, diga: “supercondutividade = resistência elétrica nula + efeito Meissner (expulsão do campo magnético) abaixo de uma temperatura crítica”.

Passo 3

Expliquei os dois ingredientes principais de forma didática:
  • Resistência nula: quando um material fica supercondutor, uma corrente aplicada pode fluir sem perda de energia — ou seja, sem queda de tensão, porque a resistividade vira zero. Em prática de prova, se pedirem “como medir”, basta dizer que a curva resistência versus temperatura mostra uma queda abrupta a zero em T_c.
  • Efeito Meissner: é diferente de só ter resistência zero. Um condutor perfeito apenas manteria o campo que já existe dentro dele; um supercondutor ativamente expulsa o campo magnético quando entra no estado supercondutor. Isso gera fenômenos visíveis como levitação de ímãs sobre um supercondutor resfriado.

Passo 4

Mecanismo físico (explicação passo a passo, sem jargões pesados):
  • Na teoria BCS (a explicação padrão para muitos supercondutores “clássicos”), elétrons passam a “se emparelhar” formando pares de Cooper devido a uma interação mediada por vibrações da rede (fônons). Dois elétrons, que normalmente se repelem, conseguem um estado ligado muito tênue por essa força efetiva entre eles; esses pares se comportam coletivamente e se movem sem espalhamento, levando à resistência zero.
  • Importante: essa explicação vale bem para muitos metais e ligas convencionais. Para supercondutores de alta temperatura (cerâmicas cupratas, por exemplo), o mecanismo é mais complexo e até hoje pesquisado.

Passo 5

Parâmetros críticos que sempre caem em questões de prova — entenda e saiba definir:
  • Temperatura crítica T_c: temperatura abaixo da qual aparece a supercondutividade.
  • Campo magnético crítico H_c (ou H_{c1} e H_{c2} para supercondutores tipo II): acima desse campo a supercondutividade é destruída.
  • Corrente crítica J_c: corrente máxima que o material suporta no estado supercondutor; acima dela aparecem perdas.
    Sempre que pedirem condições para que um material seja supercondutor, cite "temperatura menor que T_c, campo magnético menor que H_c e corrente menor que J_c".

Passo 6

Tipos de supercondutores (importante pra provas e pra entender quais metais se comportam de que jeito):
  • Tipo I: apresentam transição bem definida entre estado normal e supercondutor e possuem um único campo crítico H_c. São tipicamente metais elementares simples (ex.: Pb, Hg, Sn, Al).
  • Tipo II: entram num estado misto (vórtices magnéticos passam pelo material) entre dois campos críticos H_{c1} e H_{c2}. São normalmente metais de transição, ligas e compostos usados em aplicações (ex.: Nb, V, Ta, ligas como NbTi).
    Dica prática: se o enunciado fala de “alto campo” ou “aplicações em ímãs”, provavelmente estão falando de supercondutores tipo II.

Passo 7

Lista prática dos metais elementares que apresentam supercondutividade (valores típicos de T_c; números aproximados e úteis para prova):
  • Nióbio (Nb): T_c \approx 9,25\\ \mathrm{K} — é o maior T_c entre elementos puros, por isso aparece muito em questões e aplicações.
  • Chumbo (Pb): T_c \approx 7,2\\ \mathrm{K}.
  • Vanádio (V): T_c \approx 5,4\\ \mathrm{K}.
  • Mercúrio (Hg): T_c \approx 4,15\\ \mathrm{K} — historicamente importante (Onnes, 1911).
  • Tântalo (Ta): T_c \approx 4,48\\ \mathrm{K}.
  • Estanho (Sn): T_c \approx 3,72\\ \mathrm{K}.
  • Alumínio (Al): T_c \approx 1,18\\ \mathrm{K}.
  • Titânio (Ti): T_c \approx 0,39\\ \mathrm{K}.
  • Molibdênio (Mo): T_c \approx 0,915\\ \mathrm{K}.
    Nota: esses são exemplos de metais elementares que superconductam; há outros elementos com T_c muito baixos ou que superconductam apenas sob pressão. Valores são aproximados e dependem de pureza e pressão.

Passo 8

Observações sobre queixas comuns em prova:
  • Nem todo metal é supercondutor à temperatura ambiente (praticamente nenhum é): você sempre precisa resfriar até T_c (muito abaixo da temperatura ambiente).
  • Muitos supercondutores utilizados na prática não são elementos puros, mas ligas ou compostos (ex.: NbTi, Nb3Sn, MgB2) — essas ligas/compostos geralmente têm T_c maiores ou são melhores sob campos magnéticos. Em exames, se pedirem “cite metais que são usados como supercondutores em aplicações”, cite Nb e ligas de Nb (NbTi, Nb3Sn).

Passo 9

Como responder rapidinho numa prova (receita de bolso):
  1. Defina em uma frase: “Supercondutividade = resistência zero + efeito Meissner abaixo de T_c.”
  2. Acrescente os parâmetros críticos: cite T_c, H_c e J_c.
  3. Dê exemplos: cite Nb (maior T_c entre elementos), Pb, Hg, Sn, Al, V, Ta. Se quiser pontuar, coloque os T_c aproximados (como memorizei acima).

Resposta

Supercondutividade: material que, abaixo de uma temperatura crítica, apresenta resistência elétrica nula e expulsa campos magnéticos (efeito Meissner), sendo caracterizada por parâmetros críticos como T_c, H_c e J_c.
Metais elementares que superconductam (exemplos com T_c típicos): Nióbio (Nb) T_c\approx 9,25\\ \mathrm{K}; Chumbo (Pb) T_c\approx 7,2\\ \mathrm{K}; Vanádio (V) T_c\approx 5,4\\ \mathrm{K}; Mercúrio (Hg) T_c\approx 4,15\\ \mathrm{K}; Tântalo (Ta) T_c\approx 4,48\\ \mathrm{K}; Estanho (Sn) T_c\approx 3,72\\ \mathrm{K}; Alumínio (Al) T_c\approx 1,18\\ \mathrm{K}; Titânio (Ti) T_c\approx 0,39\\ \mathrm{K}; Molibdênio (Mo) T_c\approx 0,915\\ \mathrm{K}.

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