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Edição de 31-03-2021
Jornal Online

SECÇÃO: Ciência


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A procura pela eficiência

E ste mês de março, trazemos um artigo que se debruça sobre os supercondutores, materiais que permitem uma grande eficiência energética, graças à investigação nacional realizada pela prestigiante Universidade do Minho. Mas será a eficiência energética assim tão importante para o nosso futuro?

Atualmente, já não conseguimos viver sem a eletricidade nem sem todos os benefícios que conseguimos obter com a utilização da energia elétrica. A eletricidade pode ser definida como o conjunto de fenómenos que ocorrem devido ao desequilíbrio ou movimento de cargas elétricas, movimento orientado de partículas com carga elétrica, os quais são designados por eletrões. A sua descoberta pela humanidade não teve um momento, mas sim vários períodos em que se evoluiu no sentido da sua descoberta. Nesses períodos, os nomes que mais se destacaram foram Nikola Tesla e Benjamin Franklin. Mas, na realidade, a primeira pessoa a conseguir gerar corrente elétrica foi Michael Faraday, recorrendo a um íman e a uma bobine com fio condutor.

Pelo meio desta história da corrente elétrica tivemos, ainda, uma guerra: a Guerra das Correntes. Esta “batalha” foi disputada entre Nikola Tesla e Thomas Edison ocorrendo nas duas últimas décadas do século XIX. Os dois tornaram-se rivais devido à campanha lançada por Edison que defendia a utilização da corrente contínua para distribuição de eletricidade, em contraposição à corrente alternada, defendida por Nikola Tesla. Edison era um cientista e experimentador voraz, mas não era matemático, não possuindo por isso conhecimentos avançados de física e matemática. Desta forma, o mecanismo de corrente alternada não poderia ser devidamente compreendido ou aproveitado sem um conhecimento substancial teórico, que Nikola Tesla possuía. Tesla, que chegou a trabalhar para Edison, foi subestimado pelo “patrão” que afirmou: “As suas ideias são magníficas, mas não são práticas”. Edison, segundo consta, acabou mais tarde por se arrepender da sua escolha.

Todos sabemos que a eletricidade foi uma grande conquista para o nosso quotidiano, facilitando as atividades do dia-a-dia através da iluminação, da refrigeração e conservação dos alimentos, a obtenção de água em casa graças aos motores, seja para o aquecimento ou simplesmente para o nosso conforto. Hoje o desafio passa por encontrar maneiras de obter uma energia cada vez mais eficiente e mais ecológica, sem a queima de combustíveis fósseis. E, nisso, os supercondutores podem ser essenciais.

Os supercondutores são materiais que transportam a energia elétrica praticamente sem dispersão, minimizando as perdas. Dizemos que a resistividade de um material condutor aumenta com a temperatura e, por conseguinte, há um aumento na sua resistência elétrica, causando uma diminuição na intensidade da corrente elétrica que circula através desse material. Assim, baixando-se a temperatura de alguns materiais condutores para próximo do zero absoluto, é possível obter resistividades praticamente nulas e, consequentemente, resistências elétricas também praticamente nulas.

O amanhã está aí à porta e Portugal, com equipas de investigação de excelência, continua a contribuir para um futuro mais eficiente e sustentável.

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“O comportamento escondido dos supercondutores

Estudo liderado por Nuno Peres, da Universidade do Minho, foi publicado na conceituada revista científica “PNAS” e abre portas a um entendimento da física fundamental dos supercondutores.

Uma equipa internacional liderada por Nuno Peres, do Centro de Física da Escola de Ciências da Universidade do Minho e do INL, descobriu que o uso do grafeno permite lançar luz sobre comportamentos “escondidos” dos materiais supercondutores, os quais estão associados a muitas das novas tecnologias quânticas.

O estudo (https://www.pnas.org/content/118/4/e2012847118) foi publicado na PNAS – Proceeedings of the National Academy of Sciences, considerada a revista científica generalista mais prestigiada após a Science e a Nature. Foi na PNAS que, em 2005, se anunciou o isolamento de vários materiais bidimensionais (como o grafeno), por Andre Geim e Konstantin Novoselov, ambos laureados com o Nobel da Física em 2010.

O presente trabalho envolveu ainda o INL – Laboratório Ibérico Internacional de Nanotecnologia, as universidades do Sul da Dinamarca, Técnica da Dinamarca e de Columbia (EUA), o Instituto de Ciência e Tecnologia de Barcelona (Espanha), e teve o apoio do consórcio Graphene Flagship da Comissão Europeia.

A maioria da energia elétrica que geramos e transportamos tem perdas associadas devido à resistência elétrica dos condutores (como o cobre) onde a corrente elétrica flui, dissipando-se na forma de calor. Já um supercondutor permite à corrente elétrica fluir por ele sem resistência elétrica. Os supercondutores são alvo de fenómenos complexos. O exemplo talvez mais conhecido é o da sua utilização na levitação de comboios de alta velocidade, cuja base destes é arrefecida a temperaturas muito baixas e, ao interagir com os ímanes fortes dos carris, flutua e pode atingir velocidades na ordem dos 500 km/h. Outros efeitos físicos dos supercondutores são esquivos, não sendo facilmente observáveis porque, por exemplo, não interagem diretamente com a luz (radiação eletromagnética). Um desses “cantos invisíveis” é o modo de Higgs, uma “oscilação na densidade dos pares de portadores de carga” nos supercondutores.

Descoberta à nanoescala

Agora, descobriu-se que o grafeno pode ajudar a lançar luz sobre esse “recanto escuro” da física de alguns tipos de supercondutores. O grafeno é uma monocamada de carbono (com um átomo de espessura) obtida a partir da grafite (vemo-la na ponta do lápis), sendo muito leve, flexível, resistente e um bom condutor elétrico. Esse perfil permite-lhe guiar oscilações coletivas de carga elétrica que interagem com a luz (denominadas por plasmões), de modo semelhante aos eletrões num metal, mas de forma extremamente eficiente, intensa e à nanoescala, como parte da equipa responsável por este artigo na PNAS tinha demonstrado na revista Science em 2018 (https://science.sciencemag.org/content/360/6386/291) e em 2020 (https://science.sciencemag.org/content/368/6496/1219).

Neste novo trabalho, os cientistas estudaram a forma como tais oscilações do “mar de eletrões” do grafeno interagem com pares de eletrões num supercondutor colocado a poucos nanómetros de distância. Para tal, depositaram no topo desse supercondutor uma folha de grafeno encapsulada em nitreto de boro hexagonal. O modo de Higgs foi assim detetado pela forma como a paisagem energética das oscilações de carga elétrica no grafeno era modificada pela presença do supercondutor. Foi esse acoplamento que permitiu “ver” o fenómeno esquivo.

(...)

leia este artigo na íntegra na edição impressa.

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Por: Luís Dias

 

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