Condutores e Isolantes
Condutores e isolantes são materiais elétricos que se comportam de maneiras opostas no que respeita à passagem de corrente elétrica.
Enquanto os condutores permitem a movimentação dos elétrons, os isolante dificultam essa movimentação, ou seja, a passagem da eletricidade.
Cotidianamente estamos em contato com elementos que são condutores elétricos e outros que são isolantes elétricos. O que diferencia esses elementos, permitindo que uns possuam maior facilidade de conduzir eletricidade do que outros, é a estrutura atômica de cada substância que compõem os mesmos.
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Condutores
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Os corpos considerados condutores elétricos possuem excesso de elétrons em sua camada de valência, que é a última camada a receber elétrons em um átomo. Os elétrons presentes na camada de valência são denominados de elétrons livres, e a força de atração entre eles e o núcleo atômico é pequena, logo, eles possuem facilidade de se movimentar pelo material, tornando a substância em questão um bom condutor de eletricidade. De modo geral, os metais são excelentes condutores elétricos
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Exemplo de materiais condutores
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Um Condutor é um material que pode conduzir facilmente a Corrente Elétrica, porque a sua Resistência é baixa. Um Condutor pode ser metálico ou não-metálico. Quando uma diferença de potencial é aplicada no condutor, uma Corrente flui nesse condutor.
De acordo com a Lei de Ohm: Corrente (I) = Tensão (V) /Resistência (R). A maior parte dos Condutores são metálicos, tais como o cobre e o ferro. Mas também existem Condutores não-metálicos, tais como o carbono e o argão.
A Resistividade é uma unidade para medir a oposição do material ao fluxo da Corrente. De todos os materiais condutores, a Prata e o Cobre são os dois materiais com melhor condutividade devido às suas baixas resistências. A tabela seguinte mostra a Resistividade de alguns materiais .
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Pela tabela anterior podemos observar que a prata é o material que apresenta a menor resistência a passagem da corrente, mais o seu preço o torna praticamente inviável o seu uso para confecção de condutores, e em seu lugar é utilizado o cobre que se encontra em segundo lugar na tabela de resistividade. Ainda temos o ouro que é muito utilizado nas interligações internas dos microchips, isso devido a sua alta resistência a intempéries do tempo. E ainda temos o alumínio, metal, latão e o carbono.
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A Resistência de um material, com uma secção transversal regular, pode ser calculada pela seguinte equação:
R = ρ x L / A
onde ρ é a Resistividade do material, L é o comprimento e A a Área da Secção Transversal, quanto menor o Comprimento do material, menor a Resistência e maior a Corrente que flui através dele na aplicação de uma diferença de potencial. Se a Resistividade do material é extremamente pequena melhor será a condução da corrente elétrica e consequentemente a oposição da mesma, não é óbvia.
Tipos de Condutores
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Sólidos - também chamados de condutores metálicos, caracterizam-se pelo movimento dos elétrons livres e pela forte tendência de doar elétrons, como exemplo podemos citar os fios condutores, bobinas de motores e etc.
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Líquidos - também chamados de condutores eletrolíticos, caracterizam-se pelo movimento de cargas positivas (cátions) e negativas (ânions). Essa movimentação, em sentidos opostos, cria a corrente elétrica, como exemplo podemos citar o sal comum de cozinha, quando diluído em água, permite a passagem da corrente elétrica porque uma parte de suas moléculas se separam (dissociam), formando íons. São esses íons os responsáveis pela condução elétrica nos líquidos
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Gasosos - também chamados de condutores de terceira classe, caracterizam-se pelo movimento de cátions e ânions. Mas, ao contrário dos condutores líquidos, a energia é produzida através do choque entre as cargas e não de forma isolada, Os gases em geral são isolantes, mas, quando ionizados tornam-se condutores, como exemplo podemos citar O sódio, o fósforo, o mercúrio, o néon .
Materiais Isolantes
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Nesses materiais, os elétrons estão fortemente ligados ao núcleo atômico, ou seja, eles não possuem elétrons livres ou a quantidade é tão pequena que pode ser desprezada. Dessa maneira, não permitem passagem de corrente elétrica. Eles são também chamados de dielétricos.
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Tipos de Materiais Isolantes
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Como exemplo de materiais isolantes elétricos podemos citar o Isopor, a borracha, a madeira seca, vidro, e muitos outros.
Existem diversas ferramentas e eletrodomésticos equipados com isolantes elétricos, para garantir a segurança de quem trabalha diretamente com eletricidade ou de famílias que usufruem das comodidades da energia dentro de casa ao utilizar uma tomada.
Outro bom exemplo é uso de cabos de borracha em ferramentas elétricas, como furadeiras. O cabo por onde o usuário segura este dispositivo é feito de borracha resistente, enquanto todo o corpo da ferramenta é coberto de plástico. Ambos os materiais são isolantes elétricos eficazes, e com baixo custo de produção.
Super Condutores
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Denominam-se supercondutores os materiais que transportam energia elétrica praticamente sem dispersão. 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. consequentemente, resistências elétricas também praticamente nulas.
Em outras palavras, os elétrons livres dessas substâncias, nessa situação, podem deslocar-se livremente através de sua rede cristalina. Esse fenômeno foi inicialmente observado em alguns metais, dentre eles o mercúrio, o cádmio, o estanho e o chumbo.
A temperatura na qual uma substância se torna supercondutora é denominada temperatura de transição. Essa temperatura varia de um material para outro. Para o mercúrio, por exemplo, ela é igual a 4K; enquanto para o chumbo, ela vale cerca de 7 K. Já foram sintetizadas cerâmicas supercondutoras a temperaturas bem elevadas, acima de 100 K. As cerâmicas supercondutoras foram descobertas no ano de 1986 e desde então elas são objetos de diversas pesquisas voltadas para a sua aplicação.
Algumas aplicações
Os materiais supercondutores possuem quatro vantagens sobre materiais condutores normais:
- conduzem eletricidade sem perda de energia;
- não produzem calor, o que implica na redução expressiva dos circuitos elétricos;
- grande habilidade em gerar campos magnéticos poderosos;
- podem ser usados para criar chaves supercondutoras.
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Fim da Aula 04