Materiais Condutores

Resumo: este artigo trata de um assunto importante na área da Engenharia Elétrica. Os materiais condutores são de extrema importância, porém é preciso conhecer suas características e as aplicações desejáveis, bem como é produzida a corrente elétrica nesses materiais, e analisar quais materiais tem maior capacidade de condutividade para fins diferente, seja na eletrônica ou nas linhas de alta tensão.

Palavras chave: materiais condutores, engenharia elétrica.

Abstract: this article deals with an important subject in the field of Electrical Engineering. The conductive materials are extremely important, but one must know their characteristics and applications desirable, as well as the electric current is produced in these materials, and analyze what materials have conductivity greater capacity for different purposes, whether in electronic or lines of high strain.

Key words: conductive materials, electrical engineering.

1 INTRODUÇÃO

Nos materiais condutores há menor resistência à passagem das cargas elétricas comparado aos materiais isoladores. Os fios elétricos usados nos circuitos são feitos de metais bons condutores revestidos por um material isolador, geralmente o plástico é utilizado. Os materiais bons condutores da corrente elétrica, como o cobre, oferecem sempre resistência à passagem dos elétrons de condução. A condutibilidade elétrica refere-se à circulação da corrente nos materiais, pois os materiais podem ser classificados quanto à sua maior ou menor capacidade para conduzir corrente elétrica. O comportamento dos materiais se difere do comportamento de certas matérias, como ocorre com os metais, que são ótimos condutores, pois os elétrons encontram-se mais afastados dos núcleos atômicos, devido a isso têm grande mobilidade, é o que chamamos de elétrons livres, movimentando-se desordenadamente no interior dos metais. Entretanto se fechar um circuito elétrico, os elétrons se organizam de imediato formando um movimento ordenado, chamado de corrente elétrica.

2 MATERIAIS CONDUTORES

Os materiais condutores são aqueles que permitem o livre fluxo de cargas através deles, possuindo um baixo nível de resistividade. Esses materiais são caracterizados pela condutividade ou resistividade elétrica, entre outras grandezas. São muito usados para a fabricação de fios e cabos condutores de energia elétrica. A escolha do material condutor mais adequado, nem sempre recai naquele de características elétricas mais vantajosas, mas sim, em outro metal ou uma liga, que, apesar de eletricamente menos vantajoso, satisfaz as demais condições de utilização.

Os principais materiais de elevada condutividade elétrica são os metais nobres, acrescidos de alguns de outros grupos e de suas ligas. Os metais de alta condutividade se empregam como condutores, enrolamentos de máquinas elétricas e transformadores, entre outras aplicações. Por outro lado também há interesse em materiais, normalmente ligas, de alta resistência, para fins de fabricação de resistências, aparelhos de calefação, filamentos para lâmpadas incandescentes, entre outros.

2.1 Corrente e resistividade elétrica nos materiais

Corrente elétrica é um movimento de carga num meio qualquer, como em um material condutor. A unidade de corrente no sistema internacional é o Ampére (A). Em eletricidade, o conhecimento da corrente elétrica que passa num condutor, para atender a um ou vários equipamentos, é muito importante, pois a partir desse valor da corrente que serão dimensionados os condutores e proteção necessária para uma instalação segura e é dado pela fórmula:

i=q/t

onde: I= corrente elétrica (coulomb /segundo) Ampére (A); Q= carga elétrica total que passa numa seção tranversal (A) (Coulomb); T= intervalo de tempo para que a carga total Q passe pela seção A (segundos S). A corrente elétrica também pode ser exibida em função da potência, pela fórmula:

i=p/v

onde: I= corrente elétrica (A); P= potência total dos equipamentos a serem alimentados (Watt); V= Tensão de alimentação do circuito (volt). Essa relação é utilizada nos projetos elétricos para o dimensionamento de condutores, pois os fabricantes informam aos usuários por meio de tabelas, quais são as correntes máximas admitidas para as diversas seções comerciais. Conhecendo o valor da corrente que passa pelo condutor para alimentar certa carga, pode-se escolher o condutor de seção adequada para transportar aquela corrente. Este é um dos critérios usados no dimensionamento de energia elétrica. A resistividade dos materiais condutores é associada à facilidade ou não de circulação de cargas livres através dele. Quanto menor a resistividade de um material, melhor condutor ele será. A unidade utilizada para representar a resistividade dos materiais condutores é chama de ohm (Ω). A resistência total oferecida por um material de cargas elétricas representa a proporcionalidade entre a tensão e a corrente elétrica. A Lei de Ohm, dada pela fórmula V= Rxi, é utilizada para achar a tensão e a fórmula utilizada para determinar a corrente é i=V/R.

2.2 Dimensionamento de condutores

Esta etapa do projeto é muito importante em diversos tipos de sistemas elétricos /eletrônicos. São utilizados diferentes métodos para o dimensionamento de condutores e todos seguem as especificações e restrições de normas. Em instalações elétricas é necessário levar em consideração alguns fatores, entre eles estão a capacidade de condução de corrente, a queda de tensão, a seção mínima de condutores, a sobrecarga e o curto circuito choques elétricos. É necessário aplicar esses fatores, cada um resultando em uma seção final a maior entre todas obtidas. O critério da capacidade de condução de corrente visa garantir uma vida satisfatória a condutores e isolações submetidos aos efeitos térmicos produzidos pelas correntes equivalentes às suas capacidades de condução durante períodos prolongados em serviço normal

2.3 Condução em sólidos

Como já mencionado, os metais são ótimos condutores de corrente elétrica e o que caracteriza isso, é o fato dos retículos cristalinos dos metais sólidos consistirem em agrupamentos de cátions fixos, rodeado por inúmeros elétrons, como demonstra a Figura 1, que segue abaixo.

Figura 1 – esquema que explica os elétrons em volta de um metal

Esses elétrons