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.
Condutores
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
Exemplo de materiais condutores
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 .
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.
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
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.
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
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
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.
Tipos de Materiais Isolantes
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
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