Download - Escola de Física Universidade Júnior - 2005
Escola de Física
Universidade Júnior - 2005
Matéria condensada
Andreia Ribeiro
Diogo Fernandes
Filipe Afonso
Judite Resende
Susana Ribeiro
Tipo de Sólidos
AmorfosCristalinos
Átomos ocupam posições periódicas no espaço Átomos ocupam posição aleatórias
cristais vidro
Quanto à Estrutura
Quanto à distribuição dos electrões de valência
Iónicos Covalentes Metais
Propriedades dos sólidos
Exemplos estudados:
As propriedades dos sólidos dependem fortemente da sua estrutura.
Ópticas
Eléctricas Efeito piroeléctrico – aparecimento de polarização eléctrica por efeito de uma variação de temperatura.
Reflexão, refracção, absorção. Polarização da luz/radiação. Materiais anisotrópicos – a luz propaga-se de modo diferente consoante a direcção.
Magnéticas Ferromagnetismo (caso do Gadolínio, ímanes). Indução magnética (transformadores, altifalantes, etc.).
Supercondutividade Ausência de resistência eléctrica. Levitação num campo magnético.
Transições de faseNuma transição de fase observa-se a alteração brusca de uma ou várias propriedades de um sistema (um material), com uma variação muito pequena da temperatura.
Exemplos:
Líquido – gás
Líquido - sólidoEnvolvem mudanças do estado físico
Ferromagnetismo
Ferroelectricidade
Supercondutividade Ocorrem para o mesmo estado físico
Efeito Piroeléctrico
O cristal inicialmente não atrai a esferovite
Aquecimento do cristal
A variação de temperatura desloca cargas para a superfície e o cristal passa a atrair a esferovite
O material piroeléctrico tem uma polarização espontânea:
Em condições normais cargas externas (ar) aderem às superfícies e neutralizam o efeito.
O mesmo acontece quando se liga o material a um circuito eléctrico: os electrões do circuito anulam a carga nas superfícies.
Aumentando a temperatura a polarização (Ps) varia (diminui), induzindo um movimento de cargas (uma corrente) no circuito.
Estudo experimental do efeito piroeléctrico no TGS
0.00E+00
5.00E-10
1.00E-09
1.50E-09
2.00E-09
2.50E-09
3.00E-09
295 300 305 310 315 320 325
temperatura (K)
po
lari
zaç
ão
(u
.a.)
TGS – sulfato de triglicina
Tc = 325 K (52 ºC)
-4,0E-10
-2,0E-10
0,0E+00
2,0E-10
4,0E-10
6,0E-10
8,0E-10
1,0E-09
1,2E-09
1,4E-09
300 305 310 315 320 325
temperatura (K)
corr
en
te (
A)
Polarização EspontâneaCorrente Piroeléctrica
Termopar medir temperaturas com um voltímetro
Para medir as temperaturas experimentalmente recorremos a outra propriedade característica dos metais: o efeito termoeléctrico.
Dois metais diferentes em contacto exibem uma diferença de potencial que é proporcional à diferença de temperaturas.
Água friaÁgua quente
Transição supercondutora no BiPbSrCaCuO
O BiPbSrCaCuO é um isolador que abaixo de T=108 K fica supercondutor
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290
temperatura (K)
res
istê
nc
ia (
mΩ
)
Ts ≈ 108 K
Para atingir estas temperaturas (-165 ºC) a amostra é arrefecida em azoto, e mantida numa câmara de vácuo.
A resistência é medida usando um circuito simples e a lei de Ohm (R = V/I).
Levitação magnética
Abaixo de uma temperatura crítica um material supercondutor perde completamente a resistividade eléctrica.
Além disso expele completamente campos magnéticos do seu interior. Por isso levita sobre um íman.
Em sumaTodas estas propriedades e muitas mais convivem connosco diariamente: no telemóvel, no computador, em todos os aparelhos electrónicos, ópticos, magnéticos, etc...
A física do estado sólido tenta compreender a origem destas propriedades, controlá-las e desenvolver assim novos materiais para novas aplicações.
Sensor de infravermelhos (piroelectricidade) Disco rígido (magnetismo)
Maglev
(supercondutividade/magnetismo)