Supercondutores

Ímã flutuando sobre a superfície de um material supercondutor

A corrente elétrica durante o processo de transporte, que vai das usinas geradoras até os centros consumidores, sofre significativa perda de energia. Essa perda ocorre em razão da resistência elétrica dos fios condutores de eletricidade. Ocorre que boa parte da energia elétrica é transformada em energia térmica, sendo dessa forma dissipada para o meio ambiente. Como forma de diminuir essa perda de energia usa-se fios condutores com baixa resistência como o cobre, por exemplo, e conduz a corrente sob alta-tensão, mas mesmo assim em distâncias que ultrapassam 400 km as perdas ainda acontecem, podendo chegar até 20%. Em virtude disso muitos cientistas buscam conseguir os chamados condutores ideais, aqueles que conduzem energia elétrica sem que ocorram perdas para o meio ambiente. Será possível conseguir esse tipo de condutor?

A supercondutividade é uma propriedade física que certos materiais apresentam quando são esfriados a temperaturas extremamente baixas, podendo conduzir corrente elétrica sem resistências e nem perdas de energia. Esse fenômeno foi descoberto em 1911 pelo físico holandês Heike Kamerlimgh-Onnes, quando observou que a resistência elétrica do mercúrio desaparecia ao ser resfriado a 4K, o que corresponde a – 269,15 °C, dessa forma ele acabava de tornar o mercúrio um material supercondutor. Esse fenômeno, conseguido com o mercúrio, foi verificado para outros metais, no entanto não foi permitida a aplicação, pois eram necessários muitos gastos para conseguir manter temperaturas muito baixas.

Foi com o trio de físicos americanos Jonh Bardeen, Leon Cooper e Robert Schrieffer que em 1972 surgiu a explicação para o fenômeno da supercondutividade, fato que deu a eles o prêmio Nobel da física naquele ano. O que fez a explicação deles ser tão importante foi o fato de eles mostrarem que esse fenômeno não esta ligado somente à diminuição da agitação térmica dos átomos e moléculas de um material, quando esse está sob baixas temperaturas. Dessa forma surgiu a idéia da possibilidade da existência desse fenômeno com temperaturas muito elevadas, mas as experiências com condutores metálicos relacionadas a essa possibilidade não deram resultados.

Anos mais tarde os físicos da IBM, o suíço Karl Alexander Muller e o alemão Johannes G. Bednorz, conseguiram a supercondutividade a 35 K, o que corresponde a – 238 °C. Graças às suas descobertas e à comprovação da supercondutividade que esses dois físicos cientistas ganharam, em 1986, o prêmio Nobel da física. Esse fato foi um grande avanço para toda ciência e permitiu avanços significativos em vários ramos de pesquisas.

A supercondutividade é muito importante e tem larga aplicação. Essa propriedade não é aplicada somente na transmissão de energia elétrica, mas também em várias outras como:

•Na construção de magnetos supercondutores que geram campo magnético extremamente forte, os quais possibilitam a construção dos chamados aceleradores de partículas;
•Nos aparelhos eletrônicos que funcionam à base de eletricidade, diminuindo o seu tamanho e o gasto de energia dos mesmos;
•Nos fios supercondutores utilizados em computadores, permitindo que os chips sejam cada vez menores e mais rápidos no processamento de dados;
•Em ímãs, permitindo que eles possam flutuar sobre a superfície de um material supercondutor. Esse fato possibilita a construção e operação dos chamados trens bala, os quais trafegam apenas flutuando sobre o trilho.

Curiosidades - Corrente Elétrica

Lâmpadas incandescentes transformam calor da corrente elétrica em luz

As lâmpadas incandescentes funcionam transformando em luz o calor que a corrente elétrica produz ao passar por seus filamentos.

Apenas 6% desse calor é transformado em luz visível.

Cerca de 75% da energia despendida perde-se em radiação infravermelha e 0,25% em ultravioleta.

Os 19% restantes dissipam-se pelo ambiente.

Mais sobre o assunto:
Antes da invenção da lâmpada elétrica, a iluminação era uma tarefa complicada. Para iluminar bem os ambientes, eram necessárias muitas velas ou tochas. Lampiões a óleo também iluminavam o suficiente, mas soltavam um resíduo que cobria de fuligem tudo o que estava por perto.

Quando as descobertas sobre eletricidade começaram a surgir, no meio do século XIX, inventores de todas as partes lutavam para criar um tipo de luz elétrica que fosse prática e de preço acessível. O inglês Sir Joseph Swan, em 1878, e o americano Thomas Edison, em 1879, seguiram a mesma linha. Em 25 anos, milhões de pessoas no mundo tiveram luz elétrica instalada em suas casas.

A única grande desvantagem das lâmpadas incandescentes é o seu grande consumo de energia, o que tem feito com que elas sejam substituídas pelas lâmpadas fluorescentes compactas (PL) e até por LEDs.


Tipos de Lâmpadas:

Incandescentes
Funcionam através da passagem da corrente elétrica por um filamento de tungstênio que, com o aquecimento, gera a luz. Com temperatura de cor agradável, na faixa de 2.700K ("amarelada") e reprodução de cor de 100%, têm atualmente sua aplicação predominantemente residencial.


Halógenas
Funcionando em tensão de rede ou em baixa tensão, são também consideradas incandescentes por terem o mesmo princípio de funcionamento; porém, são incrementadas com gases halógenos que, dentro do bulbo, se combinam com as partículas de tungstênio depreendidas do filamento. Essa combinação, associada à corrente térmica dentro da lâmpada, faz com que as partículas se depositem de volta no filamento, criando assim o ciclo regenerativo do halogênio. Suas principais vantagens em relação às lâmpadas incandescentes são:
• luz mais branca, brilhante e uniforme durante toda vida;
• alta eficiência energética, ou seja, mais luz com potência igual ou menor;
• vida útil mais longa (entre 2 e 4 mil horas);
• menores dimensões.


Fluorescentes compactas
Possuem a tecnologia e as características de uma lâmpada fluorescente tubular, porém com tamanhos reduzidos. São utilizadas para as mais variadas atividades, seja comercial, institucional ou residencial, com as seguintes vantagens:
• consumo de energia 80% menor;
• durabilidade 10 vezes maior;
• design moderno, leve e compacto;
• aquecem menos o ambiente, representando forte redução na carga térmica das grandes instalações;
• excelente reprodução de cores, com índice de 85%;
• tonalidade de cor adequada para cada ambiente, com opções entre 2.700K (aparência de cor semelhante às incandescentes) a 4.000K (aparência de cor mais branca).


Fluorescentes tubulares
De alta eficiência e longa durabilidade, emitem luz pela passagem da corrente elétrica através de um gás, descarga essa quase que totalmente formada por radiação ultravioleta (invisível ao olho humano) que, por sua vez, será convertida em luz pelo pó fluorescente que reveste a superfície interna do bulbo. É da composição deste pó que resultam as mais diferentes alternativas de cor de luz adequadas a cada tipo de aplicação, além de determinar a qualidade e quantidade de luz e a eficiência na reprodução de cor. São encontrados nas versões Standard (com eficiência energética de até 70lm/W, temperatura de cor entre 4.100 e 6.100K e índice de reprodução de cor de 85%) e Trifósforo (eficiência energética de até 100lm/W, temperatura de cor entre 4.000 e 6.000K e índice de reprodução de cor de 85%). O desempenho dessas lâmpadas é otimizada através da instalação com reatores eletrônicos. São usadas em áreas comerciais e industriais.


Descarga em alta pressão
Seu princípio de funcionamento completamente diferente das incandescentes: uma descarga elétrica entre os eletrodos leva os componentes internos do tubo de descarga a produzirem luz. Funcionam através do uso de reatores, e, em alguns casos, só partem com auxílio de ignitores. Dependendo do tipo, necessitam de 2 a 15 minutos entre a partida e a estabilização total do fluxo luminoso. São utilizadas em ambientes internos e externos e situações especiais. Seus tipos são:

• multivapores metálicos - são lâmpadas que combinam iodetos metálicos, com altíssima eficiência energética, excelente reprodução de cor, longa durabilidade e baixa carga térmica. Sua luz é muito branca e brilhante. Tem versões de alta potência (para grandes áreas, têm índice de reprodução de cor de até 90%, eficiência energética de até 100lm/W e temperatura de cor de 4.000 a 6.000K, em vários formatos) e de baixa potência (de 70 a 400W, formato tubular com diversas bases, apresentando alta eficiência, ótima reprodução de cor, vida útil longa e baixa carga térmica);

• vapor de sódio - com eficiência energética de até 130lm/W, de longa durabilidade, é a mais econômica fonte de luz.

Corrente Elétrica

Corrente elétrica, entender este conceito facilita o entendimento de muitos fenômenos da natureza. A corrente elétrica, e a propriamente dita, estão presentes a todo tempo ao nosso redor e até em nós mesmos.

Podemos citar vários exemplos:

Na natureza: o relâmpago, uma grande descarga elétrica produzida quando se forma uma enorme tensão entre duas regiões da atmosfera.

No corpo humano: impulsos elétricos do olho para o cérebro. Nas células da retina existem substâncias químicas que são sensíveis à luz, quando uma imagem se forma na retina estas substâncias produzem impulsos elétricos que são transmitidos ao cérebro.

Além destes exemplos, podemos identificar vários aparelhos e utensílios em nossa casa que foram construídos a partir do domínio da eletricidade: o ferro de passar roupas, o chuveiro, a lâmpada e muitos outros.

Para entendermos o funcionamento destes aparelhos vamos definir o conceito de corrente elétrica.

Se um condutor é ligado aos pólos do gerador os elétrons do pólo negativo se movimentam ordenadamente para o pólo positivo, esse movimento ordenado dos elétrons é denominado corrente elétrica.

Por convenção, o sentido da corrente elétrica é contrário ao do movimento dos elétrons no condutor.

Fórmula:
i = ∆Q / ∆t

i = intensidade da corrente elétrica
∆Q = quantidade de carga elétrica
∆t = intervalo de tempo

Observações do Professor:

Elétrons Livres: São elétrons nas camadas mais externas do átomo e se movimenta entre os átomos.

Íons: Produz corrente elétrica principalmente nos fluídos (gás ou líquido).

Corrente elétrica é estabelecida quando os portadores de carga movimentam-se de forma ORDENADA devido uma diferença de potências (DDP ou Tensão).

Aulas de Física

Carga Elétrica

-A carga elétrica é um princípio fundamental para a matéria.
-O número de Prótons só se altera em uma relação nuclear.