Materiais Condutores

CAPÍTULO III

MATERIAIS CONDUTORES

3.1 - Introdução

No primeiro capítulo vimos que tanto os íons quanto os elétrons podem ser responsáveis

pelo processo de condução de eletricidade, que sempre envolve a noção de movimentação de

cargas.

Os materiais condutores são caracterizados por diversas grandezas, dentre as quais se

destacam: condutividade ou resistividade elétrica, coeficiente de temperatura, condutividade

térmica, potencial de contato, comportamento mecânico, etc. Estas grandezas são importantes na

escolha adequada dos materiais, uma vez que das mesmas vai depender se estes são capazes de

desempenhar as funções que lhe são atribuídas. A escolha do material condutor mais adequado,

nem sempre recai naquele de características elétricas mais vantajosas, mas sim, em um 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, etc. Por

outro lado, em determinadas aplicações, também há interesse em materiais, normalmente ligas,

de alta resistência, para fins de fabricação de resistências, aparelhos de calefação, filamentos

para lâmpadas incandescentes, etc.

Outros materiais que oferecem interesse especial são os supercondutores, que também

serão vistos neste capítulo.

3.2 - Algumas características dos materiais condutores.

3.2.1 - Variação da resistividade com a temperatura e a freqüência

A resistência elétrica de uma dada peça de determinado material (unidade: W) é dada

pela equação (3.1) a seguir:

R = r. l (3.1)

A

onde:

r- resistividade elétrica do material (W.cm)

A - seção transversal (em cm

2

)

l - comprimento do condutor (em cm)

Quando a temperatura em um material condutor é aumentada, as partículas vibram

interferindo nos movimentos dos elétrons. Uma tal influência causa perdas nos deslocamentos

dos elétrons e, conseqüentemente, aquecimento do corpo condutor. Traçando-se a curva

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característica temperatura-resistência, indicada na Fig. 3.1, nota-se que ela não obedece em toda

sua extensão a uma relação constante de ordenadas e abscissas.

Fig. 3.1 - Representação da variação da resistência R em função da temperatura T

De interesse prático é o setor reto da característica (trecho AB), cuja inclinação é dada

por:

tga= DR(3.2)

DT

A relação tga/R é o chamado coeficiente de temperatura da resistência e indicado por

aT1. Normalmente a temperatura inicial, que serve de referência, é tomada como T1= 20

o

C.

Nesse caso:

RT2 = R20[1 +a20(T

2- 20)] (3.3)

A condutividade térmica de metais e ligas também é de extrema importância pois ela

demonstra a capacidade do material de liberar para o ambiente o aquecimento causado pelas

perdas.

A distribuição uniforme de corrente através da seção de um condutor existe apenas para

a corrente contínua. Com o aumento da freqüência acontece uma distribuição não-uniforme de

corrente, fenômeno este chamado de “efeito pelicular”, pois em um condutor circular a

densidade de corrente geralmente aumenta do interior em direção a superfície. (Este assunto será

estudado com detalhes em outras disciplinas do curso de engenharia elétrica.)

3.2.2. - Resistência de contato nos metais

Quando se aplica uma peça metálica sobre outra, com objetivo de contato elétrico, estas

ficam na verdade separadas, qualquer que seja a pressão a que sejam submetidas, por uma

distância relativamente grande, se comparada às dimensões do átomo.

Na verdade existem alguns pontos de contato perfeito e o resto dos pontos a distância da

ordem de mm, de onde se entende a existência da resistência de contato.

A passagem de energia de uma peça a outra se dá por dois modos:

Þ através de uma zona de contato íntimo, ou de condução;

Þ através de uma zona de disrupção, onde o gradiente de potencial pode alcançar

valores elevados, muito pouco inferiores a rigidez dielétrica do ar.

A partir do momento em que se apresentam ao mesmo tempo fenômenos condutores