Explique o fenômeno da supercondutividade (seção 29.8 do livro texto),

Passo 1

Beleza, então o exercício pede para explicar o fenômeno da supercondutividade. Supercondutividade é um tema da física, mais especificamente dentro da eletricidade e magnetismo. Para entender isso, vamos precisar falar sobre como a eletricidade se comporta em materiais normais e o que muda quando um material se torna supercondutor.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que em materiais normais, quando a eletricidade passa por eles, há resistência elétrica. Isso significa que parte da energia elétrica é perdida na forma de calor. Essa resistência acontece por causa das colisões entre os elétrons que estão se movendo e os átomos do material.

Passo 3

Agora, a supercondutividade é um fenômeno especial onde, abaixo de uma certa temperatura crítica, alguns materiais perdem completamente sua resistência elétrica. Isso quer dizer que os elétrons podem se mover sem nenhuma perda de energia. Imagina só: eletricidade fluindo sem esquentar os fios!

Passo 4

Para entender como isso acontece, precisamos entrar um pouco na teoria. A explicação mais aceita para a supercondutividade em baixas temperaturas é a Teoria BCS (Bardeen, Cooper e Schrieffer). De acordo com essa teoria, os elétrons em um material supercondutor formam pares chamados pares de Cooper.

Passo 5

Esses pares de Cooper são especiais porque eles se movem de forma ordenada através da estrutura cristalina do material, sem colidir com os átomos. É como se eles estivessem “dançando” juntos, evitando qualquer tipo de resistência. Isso é possível graças à interação dos elétrons com as vibrações da rede cristalina, chamadas fônons.

Passo 6

Além de zero resistência, os supercondutores também têm a propriedade de expulsar campos magnéticos internos, um fenômeno conhecido como efeito Meissner. Isso significa que um supercondutor vai repelir completamente o campo magnético aplicado, fazendo com que ímãs levitem sobre ele, por exemplo.

Passo 7

É importante saber que nem todos os materiais podem se tornar supercondutores e que a temperatura crítica varia de material para material. Os supercondutores de alta temperatura, descobertos mais recentemente, operam a temperaturas mais altas (ainda que frias) em comparação com os primeiros supercondutores, o que facilita um pouco seu uso prático.

Resposta

A supercondutividade é um fenômeno da física onde, abaixo de uma temperatura crítica específica, certos materiais perdem completamente sua resistência elétrica e expulsam campos magnéticos internos. Isso ocorre porque os elétrons se emparelham formando pares de Cooper, que se movem de maneira ordenada sem colidir com os átomos do material. Graças a isso, a eletricidade pode fluir sem perda de energia, e fenômenos como a levitação magnética tornam-se possíveis. A teoria BCS explica esse comportamento, e embora nem todos os materiais possam se tornar supercondutores, os supercondutores de alta temperatura expandem as possibilidades de aplicações práticas desse incrível fenômeno.

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