Introdução a Ciência dos Materiais

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

A condutividade elétrica consiste na capacidade dos materiais transportarem cargas elétricas ao longo de sua rede de átomos. A propriedade em contraposição a esse movimento é chamada de resistividade. A partir disso, os materiais podem ser classificados em três categorias: condutores, semicondutores e isolantes. Neste quesito, conforme aponta Schmdit (2010. p. 19), é válido mencionar que as categorias citadas não devem ser encaradas como precisas em relação ao seu comportamento prático, uma vez que não existem condutores ou isolantes perfeitos, e os materiais apresentam limitações de uso. Na área da eletricidade, a classificação dos materiais se baseia em um comportamento relativo entre eles. Do ponto de vista elétrico, em relação à resistividade transversal, a classificação geral é dada como:

• Materiais condutores,  10-2 a 10Ω mm2/m;
• Materiais semicondutores, 10 a 1012Ω mm2/m;
• Materiais isolantes, 1012 a 1024Ω mm2/m.

A condutividade e a resistividade estão entre as várias propriedades físicas variam com a temperatura. Em 1911 o físico holandês Heik Kamerlingh Onnes, realizou a medição da resistividade de alguns metais, sob temperaturas muito baixas. No experimento, a uma temperatura de aproximadamente 270° C negativos, Onnes percebeu que a resistência elétrica de um fio de mercúrio era praticamente nula. A partir disso, ficou conhecida uma nova propriedade chamada supercondutividade. A relação entre a resistividade e temperatura de um material pode ser descrita pela equação a seguir:

                                          (1)[pic 1]

Onde ρ é a resistividade, T é a temperatura, e α uma constante que depende do material.

Figura 1- Curva de Resistividade versus Temperatura.

[pic 2] 

Fonte: Halliday, Resnick e Walker; Fundamentos de Física. 4 ed. São Paulo: LTC, 2004.

Outro fator que influencia a resistividade do material é o campo magnético crítico, como é mostrado na figura abaixo, para alguns materiais.

Figura 2- Campo magnético crítico de alguns metais.

[pic 3]

Fonte: Halliday, Resnick e Walker; Fundamentos de Física. 4 ed. São Paulo: LTC, 2004.

Desse modo, é possível caracterizar os supercondutores como materiais que apresentam pouca ou nenhuma resistência à passagem de fluxo de corrente, em certas temperaturas. A resistência é indesejável pois pode gerar perdas na energia que flui através do material. Uma vez colocada em movimento, a corrente elétrica, em um semicondutor terá um fluxo permanente em um circuito fechado [Y].

        

[X] SCHMDIT, Walfredo. Materiais Elétricos. 3 ed. São Paulo: BLUCHER, 2010. p. 19-58.

[Y] Eck, Joe. Superconductors. Disponível em: < http://www.superconductors.org/INdex.htm > Acesso em: 11 fev. 2019.

[Z] ROSA, Fabiano Mesquita da. Supercondutores, Condutividade e Resistividade.  Disponível em: < http://www.if.ufrgs.br/tex/fis01043/20032/Fabiano/supercondutores.htm > Acesso em: 11 fev. 2019.