Escola de Física

Universidade Júnior - 2005

Matéria condensada

Andreia Ribeiro

Diogo Fernandes

Filipe Afonso

Judite Resende

Susana Ribeiro

Tipo de Sólidos

AmorfosCristalinos

Átomos ocupam posições periódicas no espaço Átomos ocupam posição aleatórias

cristais vidro

Quanto à Estrutura

Quanto à distribuição dos electrões de valência

Iónicos Covalentes Metais

Propriedades dos sólidos

Exemplos estudados:

As propriedades dos sólidos dependem fortemente da sua estrutura.

Ópticas

Eléctricas Efeito piroeléctrico – aparecimento de polarização eléctrica por efeito de uma variação de temperatura.

Reflexão, refracção, absorção. Polarização da luz/radiação. Materiais anisotrópicos – a luz propaga-se de modo diferente consoante a direcção.

Magnéticas Ferromagnetismo (caso do Gadolínio, ímanes). Indução magnética (transformadores, altifalantes, etc.).

Supercondutividade Ausência de resistência eléctrica. Levitação num campo magnético.

Transições de faseNuma transição de fase observa-se a alteração brusca de uma ou várias propriedades de um sistema (um material), com uma variação muito pequena da temperatura.

Exemplos:

Líquido – gás

Líquido - sólidoEnvolvem mudanças do estado físico

Ferromagnetismo

Ferroelectricidade

Supercondutividade Ocorrem para o mesmo estado físico

Efeito Piroeléctrico

O cristal inicialmente não atrai a esferovite

Aquecimento do cristal

A variação de temperatura desloca cargas para a superfície e o cristal passa a atrair a esferovite

O material piroeléctrico tem uma polarização espontânea:

Em condições normais cargas externas (ar) aderem às superfícies e neutralizam o efeito.

O mesmo acontece quando se liga o material a um circuito eléctrico: os electrões do circuito anulam a carga nas superfícies.

Aumentando a temperatura a polarização (Ps) varia (diminui), induzindo um movimento de cargas (uma corrente) no circuito.

Estudo experimental do efeito piroeléctrico no TGS

0.00E+00

5.00E-10

1.00E-09

1.50E-09

2.00E-09

2.50E-09

3.00E-09

295 300 305 310 315 320 325

temperatura (K)

po

lari

zaç

ão

(u

.a.)

TGS – sulfato de triglicina

Tc = 325 K (52 ºC)

-4,0E-10

-2,0E-10

0,0E+00

2,0E-10

4,0E-10

6,0E-10

8,0E-10

1,0E-09

1,2E-09

1,4E-09

300 305 310 315 320 325

temperatura (K)

corr

en

te (

A)

Polarização EspontâneaCorrente Piroeléctrica

Termopar medir temperaturas com um voltímetro

Para medir as temperaturas experimentalmente recorremos a outra propriedade característica dos metais: o efeito termoeléctrico.

Dois metais diferentes em contacto exibem uma diferença de potencial que é proporcional à diferença de temperaturas.

Água friaÁgua quente

Transição supercondutora no BiPbSrCaCuO

O BiPbSrCaCuO é um isolador que abaixo de T=108 K fica supercondutor

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290

temperatura (K)

res

istê

nc

ia (

mΩ

)

Ts ≈ 108 K

Para atingir estas temperaturas (-165 ºC) a amostra é arrefecida em azoto, e mantida numa câmara de vácuo.

A resistência é medida usando um circuito simples e a lei de Ohm (R = V/I).

Levitação magnética

Abaixo de uma temperatura crítica um material supercondutor perde completamente a resistividade eléctrica.

Além disso expele completamente campos magnéticos do seu interior. Por isso levita sobre um íman.

Em sumaTodas estas propriedades e muitas mais convivem connosco diariamente: no telemóvel, no computador, em todos os aparelhos electrónicos, ópticos, magnéticos, etc...

A física do estado sólido tenta compreender a origem destas propriedades, controlá-las e desenvolver assim novos materiais para novas aplicações.

Sensor de infravermelhos (piroelectricidade) Disco rígido (magnetismo)

Maglev

(supercondutividade/magnetismo)