Soluções tecnologicamente avançadas - Supercondutores e ...

[pseudominus]

soluções tecnologicamente avançadas - supercondutores e superisoladores



1 - introdução

dando continuidade aos tópicos “soluções”que idealizei e comecei a postar, lanço este tópico na linha de “soluções tecnologicamente avançadas“, como abordagem a soluções que se inserem na economia, geração e gestão de energia ou outro, e que utilizam alta tecnologia, novas descobertas ou simplesmente soluções usam tecnologia avançada e são pouco “faladas” actualmente.

o tema dos supercondutores e superisoladores, pelo que pesquisei ainda não foi abordado neste fórum.

tema que além de interessante e inovador (inovador, nem tanto), entendo merecer ter aqui uma atenção, pois o seu caminho cruza-se com a geração, transporte e utilização de energia, rompendo com a tradicional forma de o fazer.

supercondutores são “futuristas“????…..
não,
são uma realidade, ainda que muito limitada.

o que passo expor é baseado em dados reais, estudados por esse mundo fora e com aplicações práticas no campo da metrologia da medicina, motorização eléctrica, etc.

desta forma penso ajudar pessoas que nunca abordaram o tema, a perceber do que se fala, e a perceberem as potencialidades e limites dos supercondutores.


agradeço aqui a um membro, blueski, com o qual troquei impressões.
apaixonado pelo magnetismo e energia, muito ligados ao tema dos supercondutores, terá muito a acrescentar ao tópico.


quero desde já deixar claro, que não estou ligado directamente ou indirectamente a venda, prestação de serviço, interesse económico ou outro, deste sistema em particular, ou outros semelhantes (a probabilidade de isso acontecer, ainda é muito baixa, actualmente).


posto isto, passemos ao que interessa


2 - o que são os supercondutores ?

supercondutores são materiais que possuem uma propriedade física chamada de supercondutividade (sc).
sc é portanto uma propriedade física, característica de certos materiais, quando se arrefecem a temperaturas extremamente baixas , passam a conduzir corrente eléctrica sem resistência, funcionando sem perdas (dissipativas ou outras) provocadas por essa corrente.
supercondutores podem resumir-se assim de uma maneira mais simplista, como condutores de corrente que não oferecem resistência á sua passagem.
quanto á parte de temperaturas extremamente baixas, ainda é uma realidade mas está a mudar. os avanços estão a conduzir a uma realidade que no futuro será provavelmente de temperatura ambiente.

uma outra propriedade destas substancias, embora só em parte delas), é o facto de quando arrefecidas abaixo das temperaturas de transição, possuírem impermeabilidade magnética, sendo assim um diamagneto perfeito abaixo das temperaturas de transição.
em vez de concentrar as linhas magnéticas de força, como no caso dos metais ferromagnéticos em temperaturas normais, uma substância supercondutora repele um campo magnético externo. é assim o oposto do ferromagnetismo. essa propriedade é chamada “efeito meissner“.


3 - história

deixo aqui apenas alguns pontos importantes na história dos supercondutores, extraídos de alguns sites.
as pesquisas no campo das temperaturas ultra-baixas começaram com a liquefação do hélio, realizada em 1908 pelo físico holandês heike kamerlingh onnes (1853 - 1926).
o estudo da eletricidade mostra que a resistividade de um condutor é uma função da sua temperatura. desta maneira, seria de esperar que a resistividade se tornasse cada vez menor, à medida que a temperatura do condutor caísse, até que não houvesse resistência alguma à passagem dos elétrons. ao fazer experiências com vários condutores, onnes descobriu que a resistividade, de fato, continuava a cair com a queda da temperatura. entretanto, em vez de se aproximar gradativamente da resistividade zero, cada material tinha uma temperatura específica na qual a resistividade caía subitamente para zero. essa temperatura é chamada temperatura de transição. a condição de resistividade zero abaixo da temperatura de transição de uma substância é chamada supercondutividade. onnes descobriu a supercondutividade em 1911.
em 1933, walther meißner e robert ochsenfeld descobriram que, ao expor um material supercondutor a um campo magnético externo ele excluía todo fluxo de seu interior até um campo crítico, hc, acima do qual o efeito supercondutor era destruído. esse efeito ficou conhecido por efeito meißner-ochsenfeld, comumente chamado efeito messner. teorias fenomenológicas, como a de ginzburg e landau, que data de 1950, apareceram na tentativa de explicar a supercondutividade. mais tarde, com sua demonstração a partir da teoria bcs (j. bardeen, l. cooper e j. r. schriffer), ela ganhou respeito e popularidade no meio por sua simplicidade.
em 1957, john bardeen, leon cooper e j. robert schriffer propuseram uma teoria microscópica que assume os superelétroes como os portadores de carga do estado supercondutor. eles são formados por dois elétrons com spins e momentos lineares opostos, atraídos pelos fônons (vibrações) da rede. essa teoria é conhecida por teoria bcs.
em abril de 1986, alex mueller e georg bednorz submeteram um artigo ao zeitschrift für physik intitulado "possível supercondutividade de alto tc no sistema ba-la-cu-o". esse material é uma cerâmica do tipo perovskita, com uma estrutura de camadas adquiridas através do material mais abundante da crosta terrestre: a velha areia.
é um composto de óxido de cobre com bário e lantânio. mas não observaram o efeito meissner.

a história dos supercondutores conta já com vários prémios nobel, inclusive dos mais rápidos da história dos nobel, o que demonstra a sua importância e o aspecto sério do tema.



4 - diferentes tipos de supercondutores

existem dois tipos de supercondutores, os do tipo i (macios), e os do tipo ii (duros)

os do tipo i, são na maior parte supercondutores metálicos, tanto puros como ligas dos mesmos. os supercondutores deste tipo apresentam apenas o efeito meissner, em que o fluxo magnético é bloqueado por as correntes de superfície. é assim até à temperatura crítica.

os do tipo ii, são todos os cerâmicos e algumas ligas metálicas. têm dois pontos críticos onde do zero absoluto até ao primeiro respondem a campos magnéticos tal como os do tipo i, e depois até um segundo ponto crítico, existe uma zona de transição onde existem simultaneamente a condição supercondutora e a condição normal.



5 - situação actual

a temperatura crítica mais alta conhecida actualmente para um supercondutor intermetálico é de 39ºk(-234) do boreto de magnésio.
no entanto existem cerâmicas supercondutoras com temperatura crítica de 132 k (-141o c).

têm havido avanços por todo o mundo, e com aumentos de pressão tb se tem conseguido trabalhar a temperaturas mais elevadas, alargando o campo de estudo, e possibilidades de emprego da tecnologia.
têm sido revelados avanços e recuos, sendo anunciados valores de apenas algumas dezenas de graus celsius negativos, embora sem ainda ser demonstrada a veracidade dos factos anunciados. vamos ver nos próximos tempos se é verdade.

podemos dizer que o campo de aplicação aumenta no sentido do aumento de temperatura critica dos supercondutores.

para já depende dos sistemas criogénicos, podendo também o aperfeiçoamento destes, estender o campo de aplicação dos actuais supercondutores.



6 - campos de aplicações actuais

estas propriedades dos supercondutores existem já aplicadas e permitem e desenvolvimentos de novas aplicações tecnológicas.
alguns exemplos:

- geradores eléctricos e motores (mais pequenos e eficientes).
- bobinas para aparelhos de rmn (medicina)
- magnetos para aceleradores de partículas.
- fusão nuclear
- transportes com levitação magnética
- aparelhos que permitem realizar medidas magnéticas extremamente sensíveis.
- aplicações na óptica quântica.
- componentes electrónicos (como por exemplo ,microprocessadores mais rápidos, devido eliminação do problema do calor).
- antenas de ondas electromagnéticas
- etc.

muito se posso falar mas tb podem procurar, e aqui fica um link sobre algumas aplicações.

http://norja.net/saviezvousque/html/uti ... ucte.html


7 - um outro tipo de supercondutores

um outro tipo de supercondutores, se é que assim se pode chamar são condutores a “buracos” penso que se podem incorporar neste artigo, sem colidir, pois não tenho “material” para criar um tópico dedicado.
quando se fala de condução de corrente eléctrica, pensamos logo num movimento de electrões, pois foi o que começamos por aprender na electricidade, ramo da física, nos nossos primeiros estudos do tema.

nos materiais semicondutores, empregues em electrónica a condução é explicada pelo deslocar de electrões de lacuna (“buraco”) em lacuna. é esta a explicação (em termos superficiais) de um fenómeno que revolucionou a micro electrónica, e evoluiu exponencialmente até á tecnologia que permite por exemplo eu escrever, e vocês verem estas palavras.

bem o que está a mudar já alguns anos, é a descoberta de um arranjo de buracos onde o que se desloca são as lacunas (buracos) e não os electrões. este arranjo de buracos em formas conhecidas até então para os átomos, está a criar um novo grupo de materiais, mais rápidos na condução e sem emissão de calor.

aplicações práticas já existem algumas em componentes electrónicos.
lembro-me de em 1997, na revista elector, tomar conhecimento da tecnologia ao ver um ci comercial e um circuito, em que o ci (um ampop) era associado a este tipo de tecnologia.
a vantagem era anunciada como o facto de os buracos não possuírem massa ao contrário dos electrões que possuem massa de 9,109 ×10^-31kg, não estando assim limitada a velocidade. o único limite era a ligação ao exterior feita por condutores tradicionais. eram anunciados funcionamentos na casa dos terahertz, e um futuro promissor para os microprocessadores.




8 - os superisoladores

mais recentes que os supercondutores, as experiências sobre estes conduziram a novas descobertas, e novos materiais.
a nova classe de materiais, chamados de superisoladores, aumentam a resistência eléctrica com a queda na temperatura ou sob a acção de um campo magnético externo. um desses materiais é o nitreto de titânio. aqui surge o oposto dos supercondutores, tb essencial a novos desenvolvimentos.
engraçado é também neste campo, os supercondutores e os superisoladores terem uma aproximação no intimo da teoria, levando pequenas diferenças, a comportamentos extremos perante situações semelhantes.



9 - aplicação de superisoladores

da mesma forma que os supercondutores, os superisoladores deverão ter aplicação em várias áreas de física, tal como os seus opostos, incluindo :

- geradores e motores
- aceleradores de partículas
- transportes magnéticos
- equipamentos de ressonância magnética.
- nova geração de componentes electrónicos
- isolantes de baterias e condensadores (armazenam carga sem perdas)



10 - o que ganhamos com estas duas “famílias” ?

- economia de energia
menos perdas dissipativas e melhor aproveitamento de recursos.

- melhor produção de energia
geradores mais eficientes e de dimensão mais reduzida

- melhor armazenamento de energia
baterias e condensadores de mais elevado rendimento, mais pequenas, sem perdas.

- melhor transporte de energia
transporte de energia sem recorrer ao sistema normal de elevação de tensão (onde se perde cerca de 10% da energia gerada em média), simplificando reduzindo os recursos materiais e eliminando as emissões de radiação, e seus efeitos.

- melhor consumo de energia
motores e outros elementos mais eficientes, com menos consumo e de menor dimensão.

- novos aparelhos e componentes
podermos ter novos aparelhos de medida, novos componentes mais rápidos e de maior rendimento.

- acesso a novos campos e novas descobertas, bem como permitir o avanço dos actuais.



11 - são verdes?

se conseguirmos atingir os objectivos, ou seja, que trabalhem á temperatura ambiente, se utilizarem elementos químicos abundantes na natureza, não forem “poluentes” em todo o seu ciclo, e o seu fabrico em larga escala for viável energeticamente, vão ser…..

“super-verdes”.



12 - alguns link´s

http://www.superconductors.org/

http://norja.net/saviezvousque/html/uti ... ducte.html

http://www.brasilescola.com/fisica/os-s ... utores.htm



palavras chave: supercondutores, supercondutividade, superisoladores, condutores, isoladores, economia, transmissão de energia.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


apesar de haver muitos progressos, ter-mos uma grande comunidade cientifica a nível mundial à procura de novos factos, ainda estamos “presos” ás temperaturas criogenicas.
outra prisão no meu entender, é o poder que esta tecnologia dá em aplicações militares.
acredito que também esse facto, contribui ou vai contribuir para que a aplicação prática vá estar mais limitada, devido aos interesses subjacentes.

pois é, muita estrada está por percorrer, mas a evolução vai continuar, e espero que dentro de alguns anos sejam uma realidade mais “quente“.

com o mundo actual a olhar para questões energéticas e ambientais, penso que também aqui se vão acelerar as pesquisas.

é certo também, que neste caminho irão surgir também muitas empresas a divulgarem avanços e a reclamarem a si descobertas, de forma a cativarem investidores e a viverem na sombra dos verdadeiros exploradores.
é preciso tb aqui ver o que é informação.



até ao próximo “soluções” !!!

[FERNANDO PEREIRA]

muito bem, já aprendi mais alguma coisa.

[Njay]

bom artigo sim sr., os meus parabéns! tens alguma informação extra sobre essa teoria das lacunas e esse ampop da elektor? o transístor mais rápido em 2006 ainda não atingia 1thz (andava nos 0.865thz), e era um dispositivo de laboratório. a condução por lacunas sempre existiu, e é uma característica do material semiconductor do tipo "p"; na verdade as lacunas movem-se porque os electrões mudam de sítio, mas há mais lacunas do que electrões num material do tipo "p". tradicionalmente os transístores baseados no tipo "p", portadores de lacunas, são mais lentos do que os do tipo "n", e logo usados apenas quando "não há volta a dar". daí a minha curiosidade em relação a essa tecnologia de 1997.

john bardeen foi também um dos inventores do transístor.

[RJSC]

pois, os supercondutores não são ficção científica como os tópicos a que deste uma achega.

mas para uso generalizado os supercondutores estão logo fora de consideração pois além de requererem essas temperaturas extremamente baixas são também extremamente caros.

é melhor pensarmos em usar e embaratecer o que temos aqui e agora, como as tecnologias para energia renováveis e baixar o custo das baterias para veículos eléctricos.

[Bluesky]

Link


Link


Link


Link


Link

o que mais se aproxima da supercondutividade à temperatura ambiente sao os imans permanentes, eis um maglev alternativo


Link

http://atg.ga.com/ems/transportation/ur ... /index.php

[pseudominus]

boas

fernando pereira
um dos meus lemas é: "aprende alguma coisa hoje e ganhas o dia".

njay
obrigado pela crítica. não tenho muito sobre o que procuras mas tenho alguma coisa.
pesquisa por "lacunas semicondutores terahertz" e encontras alguma coisa.
vou tirar link´s de outro pc meu e envio por mp.
quanto á elector, fizeste-me procurar, e bem. quando escrevi sobre a elector não fui ver em concreto o artigo e penso agora ter lido mais que uma vez. procurei e por sorte tenho uma revista com o tema em minha casa (algumas em casa de meus pais).
esta revista elector não é de 1997, mas de 1995, edição de julho/agosto nº 127/128, (100 montagens verão), montagem 56 pag 62.

Parte 1.JPG (103.92 KiB) Visto 4813 vezes

Parte 2.JPG (101.27 KiB) Visto 4802 vezes

pesquisei agora o ampop e ... nada!!! aplicação militar, defesa, banha dc, ???


rjsc
lancei o tema como divulgação de uma tecnologia que já tem várias aplicações reais (ver 2º link do ponto 12 por explo) , e tem uma enorme probabilidade de expansão .
como alternativa aos condutores actuais em aplicação massiva está fora de questão, mas que pode arrancar num espaço de tempo que pode ser só uma década ou duas. ninguém sabe.


blueski
gostei dos videos. continua.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

a todos
um abraço

[Njay]

lol!!... fartei-me de rir a ler esse artigo pseudominus, obrigado pela gargalhada . isso foi de certeza um artigo de 1 de abril.

[pseudominus]

lol!!... fartei-me de rir a ler esse artigo pseudominus, obrigado pela gargalhada . isso foi de certeza um artigo de 1 de abril.

?????????????????????
ou talvez não.
os principios existem mesmo, ou achas que nada disso existe?
não digo que o artigo esteja correto, foi apenas uma referência, a tensão negativa não faz sentido, não editei, mas o desenvolvimento e aplicação do conceito é anterior, é real, e isso ninguém pode negar sem perder a razão.
não estamos a falar de ficção.

qualquer debate offtopic sobre este ponto, por mim segue só por mp.


cumpts

[Bluesky]

http://www.dailymotion.com/video/x5ddrr ... posed_tech

[Bluesky]

mais um video interessante, nao só a utilização da levitaçao magnetica mas tambem um sistema de disparo optico para propulsao e controlo de um maglev.

http://www.dailymotion.com/video/x14cfr ... e_creation