UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

INSTITUTO DE TECNOLOGIA

Campus Universitário de Tucuruí

Faculdade de Engenharia Civil e Ambiental

EFEITO MEISSNER

Tucuruí – PA

2011

EFEITO MEISSNER

Tucuruí – PA

2011

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 4

1 INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA .................................................................................... 5

2 SUPERCONDUTIVIDADE ................................................................................................... 5

3 MOMENTOS MAGNÉTICOS ............................................................................................... 6

4 APLICAÇÕES DO EFEITO MEISSNER E DA SUPERCONDUTIVIDADE ..................... 9

CONCLUSÃO .......................................................................................................................... 11

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 12

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 gráfico da resistividade elétrica em relação à temperatura. (CALLISTER, W. , 2006)

.................................................................................................................................................... 5

Figura 2 relação entre temperatura, densidade de corrente e camppo magnético.

(CALLISTER, W. , 2006) .......................................................................................................... 6

Figura 3 Demonstração do momento magnético dos eletrons . (CALLISTER, W. ,2006). ....... 7

Figura 4 Linhas de força de um campo magnético. (CALLISTER, W. ,2006) .......................... 7

Figura 5 Configuração do dipolo atômico para um material diamagnético. (CALLISTER, W. ,

2006). .......................................................................................................................................... 7

Figura 6 Forças exercidas por um campo magnético sobre um ímã permanente e sobre um

supercondutor. (HALLIDAY, D., 1994 ..................................................................................... 8

Figura 7 Levitação do ímã permanente.Fonte; wolmer.hipper.com.br) ..................................... 9

Figura 8 Representação do efeito Meissner.. (D. CALLISTER, W. , 2006) .............................. 8

Figura 9 Equipamento de ressonância magnética. fonte: globpt.com ...................................... 10

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INTRODUÇÃO

A supercondutividade passou a ser conhecida em 1911, quando Kamerling Onnes e

seu assistente, Gilles Holst, na Universidade de Leiden, na Olanda, resfriaram uma amostra de

mercúrio até uma temperatura baixíssima, a mais baixa até então obtida, e perceberam que a

resistência da amostra havia caído para zero. Verificou-se mais tarde que a perda da

resistência é uma das propriedades característica dos materiais supercondutores.

(HALLIDAY, 1994).

Em 1933, Meissner e Ochsenfeld, demonstraram que quando um supercondutor é

esfriado abaixo da temperatura de transição Tc na presença de um campo magnético, não há

variação no fluxo externo, de modo que a Lei de Faraday não prevê a existência de

magnetização. Ainda assim o supercondutor se torna diamagnético. Este fenômeno denomina-

se efeito Meissner. (HALLIDAY, D. , 1994).

Mediante aos fatos o intuito principal deste trabalho é explicar como ocorre o efeito

Meissner, os princípios físicos nele evolvido e a importância da supercondutividade para o

mesmo, partindo do seguinte sistema:

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1 INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA

As cerâmicas são classificadas geralmente como materiais isolantes à passagem de

eletricidade e calor, quando em temperatura ambiente, e apresentam uma estrutura cristalina

bem mais complexa que os metais, como há uma vibração mais intensa entre seus átomos os

estados ocupados e vazios do mesmo distanciam um átomo do outro. Assim apresenta uma

resistência diferente de zero. (D. CALLISTER, W.,2006).

O resfriamento desse material com nitrogênio líquido diminui a vibração de seus

átomos e possibilita uma mobilidade eletrônica entre os mesmos. Quando a cerâmica atinge

uma temperatura muito baixa, conhecida como temperatura crítica Tc, a resistividade cai

bruscamente, desde um valor finito até um valor virtualmente igual a zero, permanecendo

neste ponto após o resfriamento adicional. (D. CALLISTER, W.,2006).

2 SUPERCONDUTIVIDADE

A supercondutividade segundo Willian Callister (2006) é simplesmente um

fenômeno elétrico. Essencialmente o estado supercondutivo resulta das interações de atração

entre pares de elétrons condutores. Os movimentos desses elétrons acoplados ficam

coordenados de uma forma tal que a dispersão por vibrações térmicas e por átomos de

impurezas é altamente ineficiente. Assim a resistência, sendo proporcional à incidência da

dispersão dos elétrons, é igual a zero. Com a ausência de resistividade na cerâmica esta passa

a apresentar características de um supercondutor de baixa temperatura.

Figura 1 Dependência da resistividade elétrica em relação à

temperatura para materiais condutores normais e materiais

supercondutores na vizinhança de 0K. (CALLISTER, W. , 2006)

6

Em temperaturas abaixo de Tc o estado supercondutor irá deixar de existir com a

aplicação de um campo magnético suficientemente grande, conhecido como campo crítico Hc

e que é uma função da temperatura, diminuindo com o seu aumento. O mesmo pode ser dito

para a densidade de corrente; Isto é há uma densidade de corrente aplicada crítica Jc abaixo da

qual um material é supercondutivo. (CALLISTER, W., 2006).

3 MOMENTOS MAGNÉTICOS

As propriedades magnéticas macroscópicas dos materiais são uma conseqüência dos

momentos magnéticos associados aos elétrons individuais. Cada elétron em um átomo possui

um momento magnético que tem sua origem a partir de duas fontes. Uma esta relacionada ao

movimento orbital em torno do núcleo. Sendo uma carga em movimento, um elétron pode ser

considerado um pequeno circuito de corrente que gera um pequeno campo magnético. Cada

elétron também pode ser considerado como se estivesse girando em torno de um eixo

qualquer; o outro momento magnético origina-se a partir dessa rotação do elétron e está

direcionado ao longo do eixo de rotação. (CALLISTER, W.,2006).

Figura 2 Fronteiras críticas da temperatura, densidade de

corrente e camppo magnético que separam os estados

supercondutor e condutor normal (esquemático). (CALLISTER,

W. , 2006)

7

Além de adquirir características supercondutoras o material resfriado passa a

apresentar propriedades de um diamagnético perfeito. Que consiste em uma forma muita fraca

de magnetismo que é não permanente e que persiste somente enquanto um campo externo esta

sendo aplicado. Ele é induzido pela mudança no movimento orbital dos elétrons devido a

aplicação do campo magnético externo gerado pelo imã. (CALLISTER, W.,2006)

Vale ressaltar que o campo magnético origina-se de cargas elétricas em movimento.

Para o imã estas cargas são os elétrons que giram sobre si mesmo e circulam nos átomos de

ferro que o constitui. (HALLIDAY, D. , 1994).

Figura 3 Demonstração do momento magnético que está associado a

(a) um elétron em orbita e a (b) um elétron que esta girando ao

redor de seu eixo. (CALLISTER, W. ,2006).

Figura 4 Linhas de força de

um campo magnético.

(CALLISTER, W. ,2006)

Figura 5 Configuração do dipolo atômico para um material

diamagnético com e sem presença de um campo magnético. na

ausência de um campo externo, não existem dipolos: na

presença de um campo, são induzidos dipolos que estão

alinhados em uma direção que oposta à direção do campo.

(CALLISTER, W. , 2006).

8

As forças de repulsam e o aprisionamento dos materiais envolvidos (supercondutor e

ímã) podem ser explicados segundo a Lei de Faraday que se manifesta em escala

microscópica sobre os elétrons dos átomos pelo seu movimento orbital. O fato de o momento

magnético induzido sempre ser oposto ao sentido do campo externo indutor pode ser

considerado como uma conseqüência da Lei de Lenz, aplicada em escala atômica. Dessa

forma na presença de um ímã, o diamagnético é repelido (HALLIDAY, D. , 1994).

O campo magnético resultante da interação entre os campos do supercondutor e do

ímã é praticamente nulo. A levitação do ímã se da por meio das linhas do campo magnético

que são excluídas totalmente do corpo do material quando o mesmo esta submetido à Tc. A

esse comportamento denomina-se o efeito Meissner. E explica ainda porque o campo

magnético no interior do supercondutor (cerâmica) também é igual a zero. (D. CALLISTER,

W.,2006)

Figura 6 Forças exercidas por um campo magnético

sobre um ímã permanente e sobre um supercondutor.

(HALLIDAY, D., 1994

Figura 7 levitação do ímã. Fonte;

wolmer. hippe.com. br

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O efeito Meissner começa a se desfazer com o aumenta da temperatura, pois a

resistividade começa a aumentar e as linhas do campo magnético começam a penetrar

novamente no corpo do material.

4 APLICAÇÕES DO EFEITO MEISSNER E DA SUPERCONDUTIVIDADE

O efeito Meissner pode ser visto claramente na linha de transportes de alta

velocidade com os chamados trens magleve. Ímãs supercondutores capazes de gerar campos

fortes com um baixo consumo de energia estão sendo empregados em teste científicos e

equipamentos para pesquisas. Além do mais, eles são também utilizados em equipamentos de

imagem por ressonância magnética no campo da medicina, como uma ferramenta de

diagnóstico.

A análise química de tecidos do corpo humano também é possível com o emprego da

espectroscopia de ressonância magnética. Atualmente algumas das áreas que estão sendo

exploradas incluem: a transmissão de energia elétrica por meio de materiais supercondutores;

ímãs para aceleradores de partículas de alta energia e a computação e a transmissão de sinais

para computadores em maiores velocidades

Figura 8 Representação do efeito Meissner. (a)

enquanto no estado supercondutor, um corpo de

material (circulo) exclui um campo magnético do seu

interior. (b) o campo magnético passa a penetrar no

mesmo corpo de material à medida que ele se

transforma em um condutor normal. (D.

CALLISTER, W. , 2006)

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Figura 9 Equipamento de ressonância magnética. fonte: globpt.com

Figura 10 trem magleve.

Fonte: fisetic.blogspot.com

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CONCLUSÃO

Indubitavelmente que pesquisas a cerca do fenômeno supercondutividade tem

contribuído de forma significativa na elaboração de novas tecnologias. Melhorando os

campos da medicina, comunicação e transporte.

A temperatura é de extrema importância para efeito Meissner e são vários princípios

que estão ligados a esse efeito como a resistividade, lei de Lenz, Lei de Faraday. Abrindo

dessa forma um campo de pesquisa para desenvolvimento de novos materiais

supercondutores.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CALLISTER, W. Fundamentos da Ciência e Engenharia dos Materiais; uma

abordagem integrada. LTC 2ª edição. RJ 2006 capítulo 18

HALLIDAY, D. Fundamentos de Física 3; Eletromagnetismo. LTC 3ª edição. RJ,

Copyright 1994 by.