Materiais Elétricos - supercondutores

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ACRE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS -CCET
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
MATERIAIS ELÉTRICOS - CCET231
PROF.: WALDEMAR DAVILA MACIEL JUNIOR
GISELE RIBEIRO GOMES
MATHEUS PAOLO DOS ANJOS MOURÃO
MICHELY CRISTINA MELO KRETSCHMER
PAULO CHAVES DO SANTOS JÚNIOR
SUPERCONDUTORES 
RIO BRANCO - ACRE
2017
GISELE RIBEIRO GOMES
MATHEUS PAOLO DOS ANJOS MOURÃO
MICHELY CRISTINA MELO KRETSCHMER
PAULO CHAVES DO SANTOS JÚNIOR
SUPERCONDUTORES 
Trabalho apresentado à disciplina de Materiais Elétricas - CCET231, do curso de bacharelado em Engenharia Elétrica, UFAC, como requisito parcial para obtenção da nota do 1º semestre.
Orientador: Prof.ª Waldemar Davila
RIO BRANCO - ACRE
2017
RESUMO
Neste relatório, introduzimos o conceito de supercondutividade a partir de sua evolução histórica, e suas propriedades fundamentais, resistividade perfeita e Efeito Meissner. Logo após, foi abordada uma comparação entre condutor perfeito e supercondutor, em seguida, a demonstração da teoria BCS e sua relação direta com os pares de Cooper, e ainda, a comprovação de supercondutores à altas temperaturas. Ao final tem-se a aplicação de supercondutores na produção e transmissão de eletricidade, no Grande Colisor de Hádrons, entre outros. 
	
ABSTRACT 
In this report, we introduce the concept of superconductivity from its historical evolution, and its fundamental properties, perfect resistivity and Meissner Effect. After that, a comparison between the perfect conductor and superconductor was discussed, then the demonstration of the BCS theory and its direct relation with the Cooper pairs, and also, the proof of superconductors at high temperatures. Finally, the application of superconductors in the production and transmission of electricity, in the Large Hadron Collider, among others.
Key-words: Superconductivity, superconductor, properties, BCS, application
SUMÁRIO
1	INTRODUÇÃO	4
2	PROPRIEDADES MACROSCÓPICAS DA SUPERCONDUTIVIDADE	5
2.1	Efeito Meissner	5
2.2	Resistividade perfeita	6
2.3	Condutor perfeito versus Supercondutor	7
3	Teorias da Supercondutividade	8
3.1	Teoria BCS	8
4	SUPERCONDUTORES	12
4.1	Tipo 1 (LTS - Low Temperature Superconductors)	12
4.2	Tipo 2 (HTS - High Temperature Superconductors)	15
5	SUPERCONDUTORES A ALTAS TEMPERATURAS	15
6	APLICAÇÕES	17
6.1	Produção e transmissão de eletricidade	18
6.2	Ressonância magnética nuclear	19
6.3	MAGLEV	20
6.4	Armazenamento de energia elétrica	21
6.5	O GRANDE COLISOR DE HÁDRONS	21
6.6	MgB2	22
6.6.1	Supercondutividade do MgB2	22
6.6.2	Fabricação	23
6.6.3	Aplicações	24
7	BIBLIOGRAFIA	25
INTRODUÇÃO 
Supercondutividade é o fenômeno caracterizado pela resistividade perfeita e pela expulsão de campos magnéticos que ocorre em certos materiais, Efeito Meissner, quando esses se encontram abaixo de uma determinada temperatura.
No ano de 1913, o físico holandês Heike K. Onnes ganhou um nobel devido a constatação da resistividade nula do mercúrio quando resfriado à 4K, tal feito só foi possível com a liquefação do hélio. Já em 1933, a supercondutividade foi vista como um novo estado da matéria, pois graças aos físicos alemães W. Meissner e R. Ochenfeld, descobriu-se o efeito Meissner.
No entanto, a supercondutividade passou a ser realmente compreendida em 1956, quando Leon Cooper explicou que os elétrons que transportam a "supercorrente" se associam em pares, os denominados pares de Cooper, enquanto se deslocam pelo material.
Em 1957, os cientistas Bardeen, Cooper e Schrieffer, formulam a complexa teoria BCS, que satisfazia perfeitamente os resultados obtidos em laboratórios para supercondutividade á baixas temperaturas em condutores do tipo I.
Posteriormente encontrou-se supercondutores a temperaturas de 30 K, 90 K, e até 130 K, algo que não é explicado pela teoria BCS, nem há uma total aceitação de uma teoria pela comunidade científica, que explique essa supercondutividade à altas temperaturas. No entanto, com a liquefação do Nitrogênio, possibilitou-se um estudo mais detalhados desses materiais. A falta de consenso não torna a supercondutividade menos útil, já que existem variadas aplicações da mesma atualmente, entre elas estão se a aplicação de supercondutores na produção e transmissão de eletricidade, no Grande Colisor de Hádrons, no trem magneticamente levitado, entre outros. 
Em 1986, a primeira cerâmica supercondutora foi descoberta por Alex Müller e Georg Bednorz. Essa descoberta mudou notadamente os rumos estudos da supercondutividade. O fato mais marcante foi que a supercondutividade foi descoberta em um material até então considerado isolante, ou seja, que normalmente é um péssimo condutor de eletricidade. Até então, os cientistas não tinham considerado seriamente a possibilidade de um material como este ser um supercondutor, muito menos a possibilidade de existir um Tcc maior que o dos metais.
No passado, a para alcançar a supercondutividade, eram necessárias baixíssimas temperaturas (na ordem de 25 K), porém, com a descoberta de novos materiais supercondutores, aumentou-se a viabilidade e o interesse dos cientistas, em razão dos seus potenciais benefícios na área eletrônica e pela contribuição para o campo da Física.
PROPRIEDADES MACROSCÓPICAS DA SUPERCONDUTIVIDADE
Efeito Meissner
Em 1993, físicos alemães W. Meissner e R. Ochsenfeld constataram que os supercondutores são na verdade diamagnéticos (os dipolos elementares não são permanentes) quase perfeitos. Quando um material é submetido a um campo magnético, este penetra no mesmo, ainda que o valor em seu interior seja, de um modo geral, diferente do valor do campo aplicado. Nos supercondutores, em campos suficientemente pequenos, o valor do campo magnético no interior do material é zero, ou seja, os supercondutores expelem o campo magnético. Esse fenômeno é conhecido como Efeito Meissner, em homenagem a um dos seus descobridores.
Figura 1 - Transição de um condutor à fase supercondutora
Em um primeiro momento, tal descoberta desorientou os pesquisadores, mas levou a duas conclusões importantes. Em primeiro lugar, ficou demonstrado que um supercondutor não é simplesmente um metal com resistividade zero, pois a resistividade nula não implica diamagnetismo perfeito. A supercondutividade deveria ser concebida como um novo estado da matéria, com propriedades muito particulares. Em segundo lugar, o efeito Meissner permitiu estabelecer que a transição do estado normal para o supercondutor é uma transição termodinamicamente reversível.
A principal demonstração do efeito Meissner fazer com que um imã permanente flutue na superfície de um supercondutor, o imã age como se houvesse um imã idêntico abaixo dele.
Figura 2 - Demonstração do Efeito Meissner (Fonte: SEARA DA CIÊNCIA - Supercondutores)
Resistividade perfeita
Quando os materiais atingem a temperatura crítica, ocorre a transição para o estado de supercondutor e a sua resistência torna-se virtualmente nula.
A ausência de resistência pode ser verificada através da medição da densidade de fluxo causada por correntes persistentes em anéis supercondutores, a qual não apresenta decrescimento expressivo ao longo de intervalos de tempo.
Por não possuírem resistência praticamente nula, a corrente elétrica poderia fluir indeterminadamente no material, pois não haveria nada que a impedisse, diferentemente dos materiais condutores comuns.
Porém, se aplicadas correntes elétricas ou campos magnéticos suficientemente altos, o material pode perder suas propriedades supercondutoras.
	Condutor perfeito versus Supercondutor
O principal fator que evidencia a diferença entre supercondutividade e condutividade perfeita é o efeito Meissner. Considerando a existência de um condutor perfeito (o qual a resistividade se torna nula abaixo de uma temperatura crítica) este conservaria o fluxo magnético em que fosse imerso, já o supercondutor expele esse fluxo.
No caso em que ambos os materiais são arrefecidos na presença de campo aplicado, posteriormente removido. Note-se que, sendo os materiaisarrefecidos na ausência de campo, que depois é aplicado e de seguida removido, o resultado final, em termos de magnetização dos materiais, é idêntico.
Resumindo, existem três quantidades físicas que condicionam a supercondutividade, a temperatura, o campo magnético (ou a densidade de fluxo) e a densidade de corrente.[footnoteRef:1] [1: Transcrito: MURTA, J. M. Desenho e modelização de sistemas de energia empregando materiais supercondutores de alta temperatura] 
Figura 3 - Diferenciação entre supercondutores e condutor perfeito (Fonte: RUN - Repositório Universidade Nova)
Arrefecimento em campo nulo (ACN) e arrefecimento na presença de campo (APC).
Teorias da Supercondutividade
Teoria BCS
No ano de 1950, o cientista alemão Fröhlich, deixou indícios de que a interação entre elétron e fônon, quantum de energia de vibração de uma rede cristalina, viria ocasionar uma ligação entre dois elétrons. Posteriormente o cientista Leon Cooper comprovou tal pareamento, que ganhou o nome de “pares de Cooper”. Em condições normais de temperatura e pressão, dois elétrons se repelem devido à forte repulsão coulombiana, no entanto, dois elétrons poderiam vencer esta repulsão mutua, com a ajuda do fonôn.
Posteriormente, em 1957, os físicos John Bardeen, que ganhou um Nobel pela invenção do transistor, Leon Cooper, descobridor dos pares de Cooper e Robert Scrieffer, desenvolveriam um modelo teórico que concordava com os resultados obtidos em laboratórios, ou seja, solucionaram o “problema” da supercondutividade à baixas temperaturas encontradas nos condutores Tipo 1, fazendo uso do conceito acima explicado, os pares de Cooper. 
Figura 4 - J. Bardeen; L. Cooper; R. Schrieffer ( Fonte: SEARA DA CIÊNCIA – Supercondutores)
Se analisarmos detalhadamente o acoplamento de elétrons e fônons, os elétrons pareados possuem uma energia levemente inferior quando comparados aos elétrons individuais. O termo técnico de referência à essa perca de energia é o “gap”, ou seja, dizemos que há um “gap” de energia que separa os pares de Cooper dos elétrons não pareados. 
É importante salientar isso não ocorre em altas temperaturas devido ao alto grau de agitação das moléculas, nessas condições os pares de Cooper nem conseguem se formar, ou, são logo aniquilados e isto acontece pois: a energia disponível para trocas térmicas é maior que a energia do “gap”.
A medida do tamanho do “GAP” de energia leva o nome de TC, temperatura crítica, nos supercondutores típicos, a ordem do “GAP” é de 0,01 elétrons-volts. 
A teoria BCS prevê que a TC decai para isótopos mais pesados, já que a dependência se dá pelo inverso da raiz quadrada da massa atômica. Como demonstrado no gráfico abaixo, onde há a representação de variados isótopos de mercúrio. Isto prova que os fônons estão envolvidos na formação dos pares.[footnoteRef:2] [2: Transcrição: SEARA DA CIÊNCIA. Supercondutividade] 
Figura 5 - Variação de Tc no mercúrio (Fonte: SEARA DA CIÊNCIA – Supercondutores)
Como citado acima a teoria BCS prevê que quanto maior o "GAP", maior a temperatura de transição:
k = constante Boltzmann = 1, 380653x 10-23
EGAP = (7/2) k TC
Figura 6 – Crescimento linear do GAP (Fonte: SEARA DA CIÊNCIA – Supercondutores)
 
Ao se aproximar da temperatura crítica, segundo a teoria BCS, o calor específico de um supercondutor se dá pela função exponencial: A e b são constantes que dependem do material supercondutor.
C = A e-b/kT
O gráfico mostra o resultado experimental para o Vanádio, cuja temperatura crítica é 5,4 K, comprovando a teoria BC.[footnoteRef:3] [3: Transcrição: SEARA DA CIÊNCIA. Supercondutividade] 
Figura 7 - Experimentação com Vanádio (Fonte: SEARA DA CIÊNCIA – Supercondutores)
Até o início da década de 80, o recorde de TC era de Nb3Ge, com 23 K (-250ºC), no ano de 1986, uma descoberta cientifica, modificou esse quadro. 
SUPERCONDUTORES
Figura 8 - Elementos supercondutores conhecidos. (Fonte: TRAVIS. What Is A Superconductor?)
	Os supercondutores podem ser divididos em dois tipos de acordo com suas características específicas:
Tipo 1 (LTS - Low Temperature Superconductors)
Os supercondutores do tipo 1 são formados majoritariamente por metais e ligas metálicas que apresentam alguma condutividade elétrico em temperaturas ambientes. De acordo com a Teoria BCS, eles necessitam de baixíssimas temperaturas para alcançarem baixas vibrações e facilitarem o fluxo de elétrons e, consequentemente, virarem supercondutores.
Caracterizados como supercondutores suaves, foram os primeiros a serem descobertos e exigem temperaturas mais baixas para chegar à supercondutividade. Eles possuem uma transição bastante abrupta para o estado de supercondutor e apresentam o diamagnetismo perfeito (ou Efeito Meissner), que é a capacidade de repelir um campo magnético completamente (desde que o campo magnético externo não seja muito extenso).
Figura 9 - Diferenciação entre um Diamagneto Perfeito e Supercondutor - Tipo 1 (Fonte: TRAVIS. What Is A Superconductor?)
a) O campo já presente no elemento é mantido mesmo após o alcance do estado de resistência nula
b) O campo é expelido no momento em que o condutor passa ao estado de supercondutor.
	Material
	Tc
	Estrutura das redes
	Lead (Pb)
	7.196 K
	FCC
	Lanthanum (La)
	4.88 K
	HEX
	Tantalum (Ta)
	4.47 K
	BCC
	Mercury (Hg)
	4.15 K
	RHL
	Tin (Sn)
	3.72 K
	TET
	Indium (In)
	3.41 K
	TET
	Thallium (Tl)
	2.38 K
	HEX
	Rhenium (Re)
	1.697 K
	HEX
	Protactinium (Pa)
	1.40 K
	TET
	Thorium (Th)
	1.38 K
	FCC
	Aluminum (Al)
	1.175 K
	FCC
	Gallium (Ga)
	1.083 K
	ORC
	Molybdenum (Mo)
	0.915 K
	BCC
	Zinc (Zn)
	0.85 K
	HEX
	Osmium (Os)
	0.66 K
	HEX
	Zirconium (Zr)
	0.61 K
	HEX
	Americium (Am)
	0.60 K
	HEX
	Cadmium (Cd)
	0.517 K
	HEX
	Ruthenium (Ru)
	0.49 K
	HEX
	Titanium (Ti)
	0.40 K
	HEX
	Uranium (U)
	0.20 K
	ORC
	Hafnium (Hf)
	0.128 K
	HEX
	Iridium (Ir)
	0.1125 K
	FCC
	Beryllium (Be)
	0.023 K 
	HEX
	Tungsten (W)
	0.0154 K
	BCC
	Lithium (Li)
	0.0004 K
	BCC
	Rhodium (Rh)
	0.000325 K
	FCC
Tabela 1 – Alguns elementos supercondutores e suas respectivas Tc’s.
A tabela acima mostra que, aproximadamente metade dos elementos da tabela periódica são conhecidos como sendo supercondutores.
No momento, os supercondutores do Tipo 1 possuem Tc entre 0,000325K e 7,8K à pressão normal. Já o enxofre, necessita de uma pressão de 9,3 milhões de atmosferas (9,4 * 10^11 n/m²) e uma temperatura de cerca de 17K para alcançar a supercondutividade.
Tipo 2 (HTS - High Temperature Superconductors)
Os supercondutores Tipo 2 são formados por ligas metálicas e outros compostos. As exceções são os metais puros, Vanádio (V), Tecnécio (Tc) e Nióbio (Nb). Em geral, as temperaturas críticas associadas a eles são muito mais altas que as dos supercondutores do Tipo 1, como é o caso das cerâmicas baseadas em óxidos de cobre. No entanto, o mecanismo atômico que leva à supercondutividade neste tipo de supercondutor, até hoje não está completamente desvendado. O primeiro material supercondutor do Tipo 2 descoberto foi uma liga de chumbo e bismuto fabricada em 1930 por W. de Haase J. Voogd. Eles perceberam que a liga apresentava características distintas dos supercondutores convencionais. A transição para o estado supercondutor era gradual, com a presença de um estado intermediário. Além disso, o efeito Meissner não era perfeito: o material permitia a penetração de algum campo magnético. No estado intermediário, o supercondutor do Tipo 2 apresenta regiões no estado normal, cercada por regiões supercondutoras
. Essas regiões mistas, chamadas de vórtices, permitem a penetração de campo magnético no material, através dos núcleos normais. Conforme a temperatura aumenta, dentro do estado intermediário, os núcleos vão superando as regiões supercondutoras. Isso acontece até a perda completa do estado supercondutor, quando os núcleos normais se sobrepõem.[footnoteRef:4] [4: Transcristo: BRANÍCIO, P. S. Scielo. Introdução à Supercondutividade] 
Todos os supercondutores de alta temperatura pertencem ao Tipo 2.
SUPERCONDUTORES A ALTAS TEMPERATURAS 
Comoexplicado na teoria BCS a ideia de um supercondutor à altas temperaturas não era “agradável” a teoria, visto que o “GAP” de energia era um valor muito pequeno. 
No então, na Alemanha, mais especificamente no laboratório da IBM[footnoteRef:5] em Zurich, descobriram um material cerâmico, um óxido de cobre com bário e lantânio, ficava supercondutor a 30K. Os responsáveis por isso eram os cientistas Georg Bednorz e Alex Muelle, quepublicaram o artigo "Possível supercondutividade de alto TC no sistema Ba-La-Cu-O". E tal material é uma cerâmica do tipo perovskita (com uma estrutura de camadas, do mesmo tipo da areia). Até a publicação do artigo não haviam verificado o efeito Meissner nesse material, mas poucos meses depois veio a confirmação: Havia supercondutores há altas temperatura. [5: IBM - International Business Machines é uma empresa dos Estados Unidos voltada para a área de informática. A empresa é uma das poucas na área 
] 
Figura 10 - Alex Mueller e Georg Bernorz (Fonte: SEARA DA CIÊNCIA – Supercondutores)
Não demorou muito até que surgisse um supercondutor com temperatura ainda maior, em janeiro de 1987, Paul Chu, da Universidade de Houston, mostrou que o YBa2Cu3O7 era supercondutor com uma incrível temperatura crítica acima de 90 K.
Figura 11 - Representação do supercondutor YBa2Cu3O7 (Fonte: SEARA DA CIÊNCIA – Supercondutores)
Figura 12 - Arranjo estrutural do YBa2Cu3O7 
Atualmente são conhecidos supercondutores com temperatura crítica acima de 130 K e geralmente esses Supercondutores à altas temperaturas, são condutores ruins na temperatura ambiente. 
APLICAÇÕES
As principais aplicações de materiais supercondutores, decorrem basicamente das seguintes vantagens que eles proporcionam:
• Conduzem eletricidade sem perda de energia, permitindo assim criar mecanismos com rendimentos extraordinários;
• Não dissipam calor, implicando na redução expressiva dos circuitos elétricos;
• Têm grande capacidade de gerar campos magnéticos muito intensos;
• E podem ser usados para fabricar junções Josephson (que descrevemos a seguir), as quais são chaves supercondutoras, semelhantes a transistores, que podem comutar cem vezes mais rápido que os mesmos.
Essas aplicações podem ser divididas basicamente em dois grupos: pequena e grande escala.  No primeiro grupo estão as aplicações em biomedicina, meteorologia, geofísica, processamento digital e dispositivos (sensores e detectores). No segundo grupo, o de aplicações em grande escala, encontramos magnetos multifilamentares para diversas aplicações em física de altas energias, imagens por ressonância magnética (MRI), reatores de fusão nuclear, geradores de magnetohidrodinâmica (MHD), usinas de armazenamento de energia e magnetos para separação magnética.[footnoteRef:6] [6: Referenciado: F. M. ARAÚJO-MOREIRA, A. J. C. L. C. A. . O Fascinante Mundo dos Materiais Supercondutores.] 
Produção e transmissão de eletricidade
	Devido às suas características, uma das mais óbvias e esperadas aplicações é na produção e transmissão de energia elétrica das usinas geradoras para as cidades, além de projetar motores de propulsão e geradores, sistemas de cabos de desmagnetização, condensadores síncronos entre outros. “A construção e utilização de geradores de eletricidade em usinas geradoras têm grande potencial. Como a eficiência desses geradores é maior que 99% e seu tamanho é a metade daquele dos geradores convencionais feitos de cobre, eles são muito atrativos e várias empresas têm planos para construí-los. A empresa americana General Eletric é uma delas e está atualmente desenvolvendo um protótipo capaz de gerar 100 MVA (megawatt-ampere).”
Anteriormente, utilizar cabos constituídos de materiais supercondutores era economicamente inviável, visto que as temperaturas críticas eram baixíssimas e que seria extremamente dificultoso manter essas temperaturas por toda a extensão do fio. Porém, com as descobertas de novos materiais com Tc mais altas, tornou-se possível a utilização de materiais supercondutores na confecção de cabos. Uma nova geração de fios supercondutores está ganhando espaço no mercado, que são os fios 2G (Segunda geração de fios supercondutores) HTS.
Figura 13 - Esquema do fio 2G HTS fabricado pela SuperPower®. (Fonte: SuperPower®.)
Uma das vantagens dos fios 2G HTS são:
· Operação em alta temperatura;
· Operação em elevados campos magnéticos;
· As propriedades mecânicas dos fios são superiores. 
A companhia American Superconductor® batizou seus fios 2G HTS com o nome Amperium™ Wire®. Segundo a empresa, estes fios são capazes de conduzir mais de 100 vezes a corrente elétrica dos fios de cobre de mesma dimensão. Em perspectiva, nos sistemas de transmissão de alta tensão, apenas um desses fios ultrafinos seria capaz de transportar energia suficiente para atender às necessidades de cerca de 10.000 lares dos EUA. [footnoteRef:7] [7: Transcrição: CARRARO, L. D. O. et al. Supercondutividade e Aplicações: uma necessidade de inserção nos currículos dos cursos de engenharia.] 
Ressonância magnética nuclear
O campo da medicina também é beneficiado pela utilização de materiais supercondutores. Uma das mais importantes aplicações consiste no uso de bobinas supercondutoras para a obtenção de imagens por ressonância magnética. O princípio de funcionamento desses aparelhos é baseado na ressonância que os átomos de hidrogênio entram na aplicação de campo magnético forte. Os átomos de H presentes nas moléculas de água e de gordura absorvem a energia magnética e a emitem numa frequência, que é, detectada e analisada graficamente em um computador. A figura abaixo mostra uma imagem por RMN. O diagnóstico através de imagens deste tipo tornou-se atualmente um procedimento médico indispensável devido, principalmente, ao desenvolvimento da capacidade de processamento dos computadores, necessária na análise da grande quantidade de dados que é gerada durante os exames.[footnoteRef:8] [8: Transcrito: BRANÍCIO, P. S. Scielo. Introdução à Supercondutividade.] 
Figura 14 - Imagem obtida por ressonância magnética (Fonte: QADIR, Z. GridTalk. The need for long-term digital retention in eHealth)
MAGLEV
Uma das aplicações que também que atrai grande interesse, é a utilização de supercondutores para a criação de MAGLEVs (Transporte por Levitação Magnética, do inglês: Magnetic Levitation Transport). Devido às correntes relativamente altas, altos campos magnéticos podem ser gerados e serem utilizados para a levitação magnética. Através da levitação, pode-se eliminar a fricção das rodas com o trilho/superfície, sobrando apenas o atrito com o ar. A tração é obtida através da ação de um motor linear.
Suas principais vantagens são:
· Relativo baixo consumo de energia;
· Pouco ruído, por não possuir atrito com o solo;
· Velocidades superiores a 450 km/h;
· Não polui o meio ambiente.
Vários países como China, Alemanha e Brasil estão desenvolvendo seus protótipos de trens MAGLEV. No Brasil há o projeto do MAGLEV Cobra, desenvolvido há 16 anos pela Coppe/UFRJ. Embora o material levitante do Maglev-Cobra seja quatro vezes mais caro que o material rodante do metrô, é importante destacar que as obras civis, os custos operacionais e os custos de manutenção são menores. Para testar o protótipo e certificá-lo, construiu-se uma via demonstrativa de 200 metros, na Cidade Universitária, para o transporte de até 30 passageiros do Centro de Tecnologia 1 (CT1) ao Centro de Tecnologia (CT2).[footnoteRef:9] [9: Transcrito: UFRJ. Coppe MAGLEV Cobra (referenciado) ] 
Armazenamento de energia elétrica
Uma das maiores limitações das pesquisas tecnológicas é o armazenamento de energia. Para que se aproveite, plenamente, um determinado tipo de energia, o sistema de armazenagem deve ser econômico e seguro.
Os armazenadores supercondutores de energia, SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage), são promissores para resolver estes problemas de armazenamento de energia. A tecnologia SMES é baseada na habilidade dos supercondutores de transportar elevadas correntes DC (corrente contínua), comperdas resistivas próximas de zero, na presença de significativos campos magnéticos, não armazenando diretamente a energia elétrica. A bobina supercondutora atua armazenando energia no campo magnético gerado pela circulação de corrente.
O grande colisor de Hádrons
O maior colisor de partículas do mundo, o também conhecido como grande colisor de hádrons (LHC), se tornou famoso pela descoberta do Bóson de Higgs em 2012. Desde então, o lugar é um grande palco para vários cientistas explorarem sobre a física de partículas.
O procedimento começa no Duoplasmatron, onde o Hidrogênio perde seu único elétron, deixando livre o seu próton. Saindo do Duoplasmatron, os prótons passam por túneis revestidos com ímãs supercondutores que permitem que a energia dos prótons aumente ao decorrer do caminho. Desta forma, os prótons viajam em direções opostas no LHC, e têm velocidade próxima da luz. Para manter a velocidade, existem vários eletroímãs supercondutores ao redor do LHC, e na hora da colisão, há um ímã que garante isto, fazendo com que as partículas se aproximem.
No interior do colisor há detectores construídos de maneira específica para realizar diferentes tipos de estudos. As colisões são previstas para ocorrerem em quatro locais ao redor do túnel que correspondem à posição dos quatro detectores de partículas do LHC. São eles: o ATLAS, que é um detector de uso geral, usado para procurar fenômenos que estejam além Modelo Padrão da Física, o CMS, também de uso geral, utilizado para caçar o bóson de Higgs e procurar por pistas sobre a natureza da matéria escura, o ALICE, que está estudando uma forma de “fluido” da matéria chamado de plasma quark-glúon que existiu logo após o Big Bang, e LHCb que está investigando a antimatéria. [footnoteRef:10] [10: Transcrito: MINILUA. Como funciona o Grande Colisor de Hádrons. (Referenciado)] 
Pela teoria de Einstein, energia pode ser convertida em massa, assim, a colisão gera de um modo geral partículas subatômicas como: quarks up, down e etc. Por serem normalmente partículas muito instáveis, só podem ser geradas em colisões como estas. 
Após a colisão, as partículas criadas se afastam e os detectores que existem no LHC começam a analisar as propriedades da partícula, para que com as informações os cientistas possam descobrir algo completamente novo.
MgB2
Supercondutividade do MgB2
Quando descobriram os supercondutores os pesquisadores começaram a ignorar substancias metálicas que geralmente superconduzem em temperaturas muito baixas. Assim, em 2001, a comunidade cientifica veio a conhecer o MgB2. No início de sua fabricação, o que os cientistas procuravam era um material parecido com o CaB6, e como Mg ficava acima do Ca na tabela periódica, o mesmo foi escolhido. No início, o novo composto intermetálico era vendido por 3 dólares a grama, até porque não era uma invenção, mas sim um composto conhecido desde 1954. 
A surpresa veio quando estavam preparando o composto e descobriram sua temperatura crítica.
 Segundo o artigo original de Akimitsu et al., as amostras de MgB2 foram preparadas na maneira usual, misturando-se Magnésio em pó (99.9% Mg) e Boro amorfo, também em pó, (99% B) na razão apropriada (Mg:B = 1:2). As amostras foram, então, prensadas e aquecidas a 973 K sob alta pressão de argônio (196 MPa), por 10 horas. Exames da amostra resultante por difração de raio X revelaram a formação da estrutura hexagonal do MgB2:
Figura 15 - Arranjo atômico do MgB2 (BRANÍCIO, P. S. Scielo. Introdução à Supercondutividade)
Fabricação
Depois de todos os dados apresentados, e a abundância dos elementos Mg e B na crosta terrestre, a questão é: se a produção de fios MgB2 é barata e simples, e principalmente, se poderia suportar uma alta corrente elétrica.
Em um trabalho recente, Canfield e colaboradores descrevem um processo de fabricação de fios bem simples e barato, utilizando fibras de Boro e Magnésio fundido.
 Como o ponto de fusão do Mg é de 922 K e o do B é de 2573 K (950-C) leva em conta a alta difusão do Mg pelas fibras de B. As fibras de B são seladas juntamente com Mg em pó, em um tubo de Ta, na razão estequiométrica correta, o tubo é, então, lacrado em uma ampola de quartzo e levado ao forno. Após aproximadamente duas horas de reação, a ampola é removida do forno e resfriada à temperatura ambiente. A aparência deformada dos fios, logo após a retirada do tubo de Ta:
Figura 16 - Fios deformados ao sair do tubo (Fonte: BRANÍCIO, P. S. Scielo. Introdução à Supercondutividade)
 As fibras flexíveis e retas de B mostram-se deformadas e quebradiças após a reação. Segundo Canfield, os fios eram 80% densos e mostraram resistividade de 9.6 Ωcm à temperatura ambiente. Isso quer dizer que, mesmo no estado normal, os fios de MgB2 são bons condutores de eletricidade, melhores até que o chumbo, cuja resistividade é 21Ωcm. Os fios podiam ainda transportar correntes de até Jc = 60kA/cm2. O comprimento máximo alcançado foi 5cm, mas fios maiores poderiam ser construídos, considerando-se a proteção externa com revestimento.[footnoteRef:11] [11: Transcrito: BRANÍCIO, P. S. Scielo. Introdução à Supercondutividade] 
Aplicações
O entusiasmo com a descoberta do MgB2 é bem justificado, já que, as ligas metálicas superconduzem em temperaturas baixas, e o novo composto não. Além de que, por ter uma temperatura crítica muito alta, os custos na hora da produção dos fios seriam reduzidos por não ser preciso resfriar com hélio liquido. De um modo geral, provável que o composto se torne o preferido para as aplicações do dia a dia, podendo substituir as ligas de Nióbio, sendo utilizado em trens MAGLEVs, cabos de transmissão, etc. 
BIBLIOGRAFIA
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