Supercondutores: Propriedades e Aplicações

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Universidade Federal do Pará 
Instituto de Tecnologia
Faculdade de Engenharia Elétrica e Biomédica
Materiais Elétricos I
S U P E R C O N D U T O R E S
Antônio Adrian 
Iviane Nascimento 
Hugo Santos 
Jéssica Sousa 
Klayton Marcondes 
Victor Parente
Vinícius Portilho
Sumário
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Introdução, Histórico e Classificação 
Propriedades Elementares
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Resistência Zero e Pares de Cooper 
Transição de Fase Supercondutora 
Efeito Meissner
Teoria BCS e Teoria Ginzburg-Landau 
Tunelamento de Josephson e Supercorrentes
● Aplicações e Conclusão
Introdução
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1911: Heike Kamerlingh Onnes 
1933: Meissner e Ochsenfeld 
1935: Fritz e Heinz London 
1950: Landau e Ginzburg
1954: Dudley Allen Buck (Cryotron) 
1957: Bardeen, Cooper e Schrieffer
Prêmios Nobel em Supercondutores
Prêmios Nobel relacionados à supercondutividade
Ano Premiados Contribuição
1913 Heike K. Onnes
Propriedades da matéria em 
baixas temperaturas, incluindo a
descoberta da 
supercondutividade e a
liquefação do hélio
1973 Jonh Bardeen,Leon Cooper, Robert Schrieffer
Desenvolvimento da teoria
microscópica da 
supercondutividade, hoje 
conhecida como Teoria BCS
1973 Brian Josephson
Predição teórica do tunelamento 
dos pares de Cooper através de
uma barreira isolante de 
supercondutores
1983 Karl Muller, Georg Bednorz
Descoberta da 
supercondutividade a altas
temperaturas num cuprato de 
lantânio e bário
2003 Vitaly Ginzburg, Alexei Abrikosov
Desenvolvimento da Teoria 
Fenomenológica da 
supercondutividade e Descoberta
dos supercondutores do tipo II
Supercondução
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Caracterizado pela ocorrência do 
Efeito Meissner
Repulsa a linhas de campos 
magnéticos externos
Não é apenas uma condutibilidade 
perfeita
Corrente elétrica em anéis super-
condutores pode fluir por muito tempo
Classificação de Supercondutores
● Resposta a campos magnéticos
– Tipos I e II
● Teoria que o explica
– Convencionais (BCS) ou não convencionais
● Temperatura crítica
– Alta ou baixa temperatura
● Composição material
Resistência Zero e Pares de Cooper
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Resistência de um Supercondutor 
Comportamento da corrente 
Pares de Cooper
Superfluídos 
Supercondutores tipo II
Transição de Fase Supercondutora
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Transição do estado da matéria 
Temperatura crítica característica 
Usualmente: 1~20 K
Energia livre de Gibbs
–
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Energia interna disponível para trabalho 
Parte da entalpia que pode ser utilizada
Transição de Fase Supercondutora
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Variação quadrática da energia de 
Gibbs na presença de campos 
magnéticos
Energia livre em supercondução menor 
que em estado normal
Transição de Fase: Mudanças bruscas 
Calor específico eletrônico
–
Transição de Fase Supercondutora
● Ehrenfest: Ordem da transição de 
fase
- Calor latente em campos magnéticos externos
Gap de energia
Efeito Meissner
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Equações de London e Potencial Vetor 
Penetração do Campo Magnético
d ⃗j
dt =
ns e
Efeito Meissner 
Fenômeno da Levitação 
Equações de London
⁎ 2
E⃗ ∇× ⃗j +ns s
μ0 e ⁎ 2
m⁎ m⁎
⃗h=0
Teoria Ginzburg-Landau
● Densidade de superelétrons
| Ψ| ²= ns
Ψ=0, T>TC
Ψ≠0 ,T<T C
β 4f s(|Ψ|, T )=f n(T )+α(T )|Ψ|²+ 2 |Ψ | +γ|∇ Ψ|²
Energia livre 
do estado 
supercondutor
Energia 
livre do 
estado 
normal
Teoria Ginzburg-Landau
● Campo crítico
Teoria Ginzburg-Landau
● Comprimento de penetração
●
λ=
⁎m
⁎ 2
|Ψ|²μ0 e
ξ2 (T )= h
Comprimento de coerência
2
2m|α|
Teoria BCS
● Resumo das Propriedades do Estado 
Supercondutor
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Resistividade zero 
Estrutura cristalina
Calor específico eletrônico 
Ordem de longo alcance 
Efeito de isótopo
Teoria BCS
● Interação elétron-rede
Tunelamento Josephson
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Característica universal do estado 
supercondutor
Relação de incerteza
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ΔN ΔΦ≤1
Supercorrente
J=Jc sen(Φ1−Φ2)
Supercondutividade em altas
temperaturas
Ano Temperatura 
Crítica
1986 -Teoria BCS 30 K
1987 –SC em um cuprato em estrutura de 
peroviskta baseado no lantânio ->ítrio
35 K -> 92 K
1993 - SC em cerâmica baseada emítrio, cobre, 
mercúrio, cálcio, bário e oxigênio
138 K
2008 -SC baseadas no ferro 26 K -> 55 K
2015 -SC baseado sulfato 200 K
Aplicações
Aplicações
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Magnetos Supercondutores 
Aparelhos eletrônicos
Equipamentos de Imagem por 
ressonância magnética
MagLev (Superdiamagnetismo)