As Propriedades elétricas dependem de diversas características dos materiais

1. INTRODUÇÃO

As propriedades elétricas dependem de diversas características dos materiais, dentre as quais a configuração eletrônica, o tipo de ligação química e os tipos de estrutura e microestrutura. O comportamento dos materiais, em resposta à aplicação de um campo elétrico externo, define as propriedades elétricas dos materiais. A corrente elétrica é o movimento de portadores de carga que ocorre dentro dos materiais, em resposta à ação de um campo elétrico externo. São portadores de carga: elétrons, buracos eletrônicos, cátions e ânions.

A medida de resistência elétrica é uma das medidas mais importantes na caracterização elétrica de um material ou dispositivo. Conhecendo-se a definição de resistência elétrica em um dispositivo como a razão entre a ddp em seus terminais pela corrente que o atravessa, podemos obter o valor da resistência elétrica utilizando um voltímetro e um amperímetro respectivamente.

Sendo assim, este relatório baseia-se na prática de laboratório realizado pelo professor Maiquel Pfingstag, no campus II da URI, no dia 17 de Outubro de 2014.

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2. OBJETIVO

A presente aula teve como objetivo determinar as propriedades elétricas, as resistividades e condutividades elétricas de três materiais, resistência elétrica e lei de Ohm, observação de fenômenos causados no globo de Van de Graaff.

A condutividade elétrica é uma propriedade que caracteriza a facilidade que os materiais possuem de transportar cargas elétricas. Quanto maior o número de elétrons livres em um material, maior a sua capacidade de transportar eletricidade. Quando um determinado material conduz eletricidade com facilidade, ele é denominado condutor; caso ele não conduza eletricidade, é chamado isolante.

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3. MATERIAIS, INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO E MÉTODOS

3.1. Materiais:

• Barra redonda de aço Ø3,7mm;
• Barra redonda de alumínio Ø2,5mm;
• Barra redonda de cobre Ø1,8mm;
• Barras com 175mm de comprimento;
• Globo de Van der Graaff;
• Fonte de Tensão em corrente contínua;

3.2. Instrumentos de medição:

• Voltímetro;
• Amperímetro; 

3.3. Métodos:

• Com o voltímetro e o amperímetro foi possível descobrir a tensão e a corrente que passava por cada um dos três materiais;
• Após descobrir a tensão e a corrente, calcular a resistência (Ω);
• Calcular a resistividade e condutividade elétrica;
• Analisar os efeitos causados pela tensão do globo de Van der Graaf;

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4. RESULTADO E DISCUSSÃO

4.1 Resistência (R)

        Corresponde à relação entre a tensão de um volt e uma corrente de um ampère sobre um elemento, seja ele um condutor ou isolante. Por isso o físico alemão Georg Simon Ohm, formulou a Lei de Ohm, onde afirma, que para um condutor mantido à temperatura constante, a razão entre a tensão entre dois pontos e a corrente elétrica é constante. Essa constante é denominada de resistência elétrica. A resistência pode ser calculada pela primeira lei de Ohm, através da fórmula (U=R.I), onde:

“U” é a diferença de potencial elétrico (ou tensão, ou ddp) medida em volt (V);

“I” é a intensidade da corrente elétrica medida em ampère (A);

“R” é a resistência elétrica medida em ohm (Ω);

        Essa expressão não depende da natureza de tal condutor, sendo válida para todos os condutores. Para um dispositivo condutor que obedeça à lei de Ohm, a diferença de potencial aplicada é proporcional à corrente elétrica, isto é, a resistência é independente da diferença de potencial e da corrente. Um dispositivo muito utilizado em aparelhos eletrônicos, como rádios, televisores e amplificadores, que obedece a essa lei é o resistor, cuja função é controlar a intensidade de corrente elétrica que passa pelo aparelho.

        A resistência elétrica pode ser entendida como a dificuldade de se estabelecer uma corrente elétrica num determinado condutor. Sendo assim foi possível calcular a resistência dos três materiais disponibilizados pelo professor em aula, sabendo que a tensão e a corrente foram medidas pelo professor antes de começar o experimento, veja abaixo os cálculos da resistência dos três materiais:

[pic 1][pic 2][pic 3]

4.2 Resistividade (ρ)

        Usualmente, o primeiro contato que se tem com a grandeza chamada “resistência elétrica”, acontece em disciplinas do ensino médio, ensino profissionalizante ou mesmo em disciplinas introdutórias dos cursos superiores da área de ciências exatas. Porém existe outra grandeza com um nome muito parecido, a resistividade elétrica, ou simplesmente, resistividade, que é conhecida pela segunda lei de Ohm.

        A resistividade na maioria dos materiais depende fortemente da temperatura. No caso dos sólidos metálicos a resistividade aumenta com a elevação de temperatura. Esta dependência, apesar de não ser exatamente linear para uma grande variação de temperatura, pode ser descrita com suficiente aproximação por uma relação linear num intervalo restrito em torno de uma temperatura de referência To. Resistividade nada mais é de que a resistência especifica de cada material.

Para um corpo cilíndrico de comprimento L e seção transversal de área A, define-se a resistividade elétrica ([pic 4]) de um material, onde a resistência é uma propriedade do corpo enquanto a resistividade é uma propriedade do material do qual o corpo é constituído. Veja abaixo a figura que informa de onde são coletados os dados e como a fórmula é descrita:

[pic 5]

        Através da fórmula acima foi possível calcular a resistividade dos três materiais escolhidos pelo professor, sabendo que a unidade de medida é dada em ohm-metro ([pic 6] m), veja abaixo os cálculos para esses três materiais, e em seguida use a tabela para comparar os resultados:

[pic 7][pic 8][pic 9]

[pic 10]

4.3 Condutividade (σ)

A condutividade elétrica de um material é uma medida com a finalidade de facilitar a condução de uma corrente elétrica. Define-se a condutividade elétrica como sendo o inverso da resistividade, e é calculada através da fórmula (σ = 1 / ρ), tendo sua unidade de medida como (Ω-¹.m-¹). Veja abaixo os cálculos para a condutividade dos três materiais: