Graduação
  1. Mecânica clássica  1.1. dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. movimento de projétil  1.1.4. Velocidade relativa  1.1.5. Movimento circular uniforme  1.1.6. Movimento circular não uniforme  1.1.7. Sistemas de referência e transformações  1.2. Leis de Newton do Movimento  1.2.1. Primeira lei do movimento  1.2.2. Segunda lei do movimento  1.2.3. Terceira Lei do Movimento  1.2.4. Aplicações das Leis de Newton  1.2.5. Atrito e seus tipos  1.2.6. Diagrama de Corpo Livre  1.2.7. Restrições e pseudo-forças  1.3. Trabalho e Energia  1.3.1. trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema trabalho–energia  1.3.3. Energia Cinética  1.3.4. Energia potencial na mecânica clássica  1.3.5. Forças conservativas e não conservativas  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.4. Velocidade e colisões  1.4.1. Momento linear  1.4.2. Conservação do Momento  1.4.3. Impulso e força de impacto  1.4.4. Colisão elástica e inelástica  1.4.5. Centro de massa e velocidade  1.4.6. Propulsão de Foguetes  1.5. Movimento rotacional  1.5.1. Torque e Momento Angular  1.5.2. Momento de inércia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energia Rotacional  1.5.5. Movimento de Rolamento  1.5.6. Precessão e movimento giroscópico  1.6. Força gravitacional  1.6.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.6.2. Energia potencial gravitacional  1.6.3. Mecânica orbital  1.6.4. Leis do movimento planetário de Kepler  1.6.5. Campo gravitacional e potencial  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Pressão e Princípio de Pascal  1.7.2. Flutuabilidade e o Princípio de Arquimedes  1.7.3. Dinâmica dos Fluidos e Princípio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidade e Lei de Poiseuille  1.7.5. Tensão superficial e capilaridade  1.8. Oscilações e ondas  1.8.1. Movimento Harmônico Simples  1.8.2. Oscilações amortecidas e forçadas  1.8.3. Oscilações acopladas e modos comuns  1.8.4. Propriedades e tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras e o Efeito Doppler  1.8.6. Interferência de ondas e superposição
  2. Eletromagnetismo  2.1. Eletrostática  2.1.1. Carga elétrica e propriedades  2.1.2. Lei de Coulomb  2.1.3. Campo elétrico e potencial elétrico  2.1.4. Lei de Gauss  2.1.5. Capacitância e Dielétrico  2.1.6. Dipolo elétrico e energia potencial  2.2. Circuitos Elétricos  2.2.1. Corrente e Resistência  2.2.2. Lei de Ohm  2.2.3. Leis de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuits de CA e Reatância  2.2.6. Energia e potência elétrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos e Forças Magnéticas  2.3.2. Lei de Ampère  2.3.3. Momento de dipolo magnético  2.3.4. Lei de Biot-Savart  2.3.5. Materiais Magnéticos e Histerese  2.4. Indução eletromagnética  2.4.1. Lei de Faraday  2.4.2. Lei de Lenz  2.4.3. Autoindução e indução mútua  2.4.4. Transformadores e circuitos indutivos  2.5. Equações de Maxwell  2.5.1. Lei de Gauss para eletricidade  2.5.2. Lei de Gauss para o magnetismo  2.5.3. Lei da indução de Faraday  2.5.4. Lei de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas eletromagnéticas
  3. Termodinâmica  3.1. Leis da Termodinâmica  3.1.1. Lei Zero da Termodinâmica  3.1.2. Primeira lei da termodinâmica  3.1.3. Segunda Lei  3.1.4. Terceira Lei  3.2. Calor e trabalho  3.2.1. Transferência de calor (condução, convecção, radiação)  3.2.2. Expansão térmica  3.2.3. Motores térmicos e refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot e eficiência  3.3. Mecânica estatística  3.3.1. Distribuição de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropia e Probabilidade  3.3.3. Função de partição  3.3.4. Estatísticas de Fermi–Dirac e Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexão e Refração  4.1.2. Espelhos e lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. Princípio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferência em óptica de ondas  4.2.2. Difração  4.2.3. Polarização  4.2.4. Coerência e holografia
  5. Mecânica quântica  5.1. Dualidade onda-partícula  5.1.1. Radiação de corpo negro na dualidade onda-partícula em mecânica quântica  5.1.2. Efeito Fotoelétrico  5.1.3. Espalhamento Compton  5.1.4. Comprimento de onda de De Broglie  5.2. Equação de Schrödinger  5.2.1. Equação de Schrödinger independente do tempo  5.2.2. Partícula em uma caixa  5.2.3. Túnel Quântico  5.2.4. Poços e barreiras de potencial  5.3. Estados Quânticos  5.3.1. Função de onda  5.3.2. Operadores quânticos  5.3.3. Princípio da incerteza de Heisenberg  5.3.4. Momento angular e spin
  6. Relatividade  6.1. Relatividade especial  6.1.1. Transformações de Lorentz  6.1.2. Expansão do tempo e contração do comprimento  6.1.3. Energia relativística e momento  6.2. Relatividade Geral  6.2.1. Princípio da Equivalência  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionais  6.2.4. Buracos negros e horizontes de eventos
  7. Física do estado sólido  7.1. Estrutura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difração de raios X  7.1.3. Teoria das bandas  7.1.4. Fónons e vibrações da rede  7.2. Propriedades Elétricas e Magnéticas  7.2.1. Condutores, Semicondutores e Isolantes  7.2.2. Supercondutividade  7.2.3. Efeito Hall
  8. Física nuclear e de partículas  8.1. Estrutura Atômica  8.1.1. Modelo Atômico  8.1.2. Energia de ligação nuclear  8.2. Radioatividade  8.2.1. Decaimento alfa, beta, gama  8.2.2. Meia-vida  8.2.3. Fissão e Fusão Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Padrão  8.3.2. Quarks e Léptons  8.3.3. antimatéria  8.3.4. Interações fundamentais
  9. Astrofísica e cosmologia  9.1. Evolução estelar  9.1.1. Formação estelar  9.1.2. Buracos negros e estrelas de nêutrons  9.1.3. Anãs brancas e supernovas  9.2. Cosmologia  9.2.1. The Big Bang Theory  9.2.2. Matéria escura e energia escura  9.2.3. Fundo cósmico de micro-ondas

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Supercondutividade


A supercondutividade é um fenômeno físico fascinante que ocorre em certos materiais quando são resfriados abaixo de uma temperatura crítica específica. É caracterizada por duas propriedades principais: resistência elétrica zero e a expulsão de campos magnéticos, conhecida como efeito Meissner. Como resultado, os supercondutores têm inúmeras aplicações em áreas como medicina, eletrônica e transporte.

Propriedades elétricas dos supercondutores

A característica mais marcante dos supercondutores é sua resistência elétrica zero. Normalmente, quando a corrente elétrica flui através de um condutor regular, como cobre ou alumínio, enfrenta alguma resistência, resultando na dissipação de energia como calor. No entanto, os supercondutores podem conduzir a corrente elétrica sem qualquer perda de energia.

Ilustração da resistência zero

Fio de Cobre resistência Supercondutores resistência zero

Em termos matemáticos, a lei de Ohm define a relação entre voltagem (V), corrente (I) e resistência (R) da seguinte forma:

    V = I * R

Para um supercondutor, como a resistência R é zero, a voltagem através do material supercondutor também é zero, tornando-o adequado para conduzir eletricidade de forma eficiente.

Propriedades magnéticas

Os supercondutores também exibem propriedades magnéticas únicas. Quando um material se torna supercondutor, expulsa todos os campos magnéticos de seu interior, um fenômeno conhecido como efeito Meissner. Esta propriedade permite que os supercondutores levitem ímãs, como pode ser visto em trens maglev.

Ilustração do efeito Meissner

Supercondutores

Este efeito é uma característica chave que distingue supercondutores de condutores perfeitos. Em um condutor perfeito, se um campo magnético é aplicado e então removido, o campo permanece preso dentro do material. No entanto, em um supercondutor, o campo é completamente expulso quando o estado supercondutor é alcançado.

Tipos de supercondutores

Os supercondutores são amplamente classificados em duas categorias com base em suas propriedades físicas: tipo I e tipo II.

Supercondutor tipo I

Os supercondutores tipo I são geralmente metais puros, como chumbo, mercúrio e alumínio. Eles exibem eliminação completa dos campos magnéticos (diamagnetismo perfeito) e têm um único campo magnético crítico, H c. Acima deste campo, eles entram em um estado normal. O efeito Meissner é totalmente observado, como mostrado acima na ilustração do efeito Meissner.

Materiais de exemplo

  • chumbo
  • Mercúrio
  • Alumínio

Supercondutor tipo II

Ao contrário do tipo I, os supercondutores tipo II não perdem sua supercondutividade imediatamente, mas gradualmente. Eles têm dois campos magnéticos críticos, H c1 e H c2. Entre estes dois campos, permitem a penetração parcial de campos magnéticos em unidades quantizadas chamadas vórtices. Os supercondutores tipo II são geralmente compostos metálicos e supercondutores de alta temperatura.

Materiais de exemplo

  • Nióbio-Titânio (NbTi)
  • Óxido de Ítrio-Bário-Cobre (YBCO)
  • Óxido de Bismuto-Estrôncio-Cálcio-Cobre (BSCCO)

Aplicações dos supercondutores

Devido às suas propriedades únicas, os supercondutores são usados em uma variedade de aplicações:

Ressonância magnética (MRI)

Máquinas de MRI usam ímãs supercondutores para produzir campos magnéticos fortes e estáveis necessários para obter imagens detalhadas do interior do corpo sem radiação.

Aceleradores de partículas

Ímãs supercondutores são partes integrais em aceleradores de partículas como o Grande Colisor de Hádrons. Eles ajudam a guiar e acelerar partículas carregadas a altas energias.

Levitacao magnética

Trens maglev usam supercondutores para viagem em alta velocidade e sem atrito. A repulsão ou atração de campos magnéticos faz com que o trem suba acima dos trilhos, proporcionando uma viagem suave e silenciosa.

Aplicações de energia elétrica

Supercondutores são muito úteis para aplicações de energia, como linhas de transmissão, transformadores e sistemas de armazenamento. Eles podem melhorar significativamente a eficiência e capacidade das redes elétricas, reduzindo perdas na transmissão de energia.

Perspectivas futuras

A descoberta e desenvolvimento de supercondutores de alta temperatura permanece uma área vibrante de pesquisa. Cientistas estão experimentando diferentes materiais e condições para tornar a supercondutividade prática à temperatura ambiente, o que poderia revolucionar o armazenamento e transmissão de energia.

Em conclusão, a supercondutividade é um fenômeno quântico fascinante com potencial enorme para avanço tecnológico. Compreender suas propriedades – resistência elétrica zero e expulsão de campos magnéticos – abre a porta para muitas aplicações inovadoras.


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