Propriedades elétricas dos materiais

Materiais elétricos

O engenheiro precisa ter conhecimento das propriedades e características de comportamento dos materiais que ele se propõe a usar. Ao fazer a escolha, o engenheiro precisa levar em conta propriedades tais como resistência mecânica, condutividade térmica e elétrica, densidade e outras. Mas devemos considerar o comportamento do material durante o processamento e uso, tanto quanto o seu custo e sua disponibilidade.

Os materiais são compostos de moléculas constituídas de átomos (que são compostos por partículas menores: prótons, elétrons e nêutrons). As cargas elétricas estão presentes em todos os materiais.

As propriedades elétricas dos materiais constituem importantes características que determinam suas aplicações. Uma das características elétricas mais importantes de um material sólido é a facilidade com que transmite uma corrente elétrica. Os materiais sólidos são classificados de acordo com a facilidade de condução de uma corrente elétrica, existindo três grupos principais: condutores, semicondutores e isolantes.

O átomo

No centro de um átomo está o seu núcleo, que apesar de pequeno, contém quase toda a massa do átomo. O núcleo do átomo é formado por prótons (carga positiva) e nêutrons (sem carga).

Nas camadas da eletrosfera em torno do núcleo estão os elétrons (carga negativa) que possuem massa desprezível. Cada camada pode conter um número limitado de elétrons.

Ligações Químicas

Os materiais elétricos em geral têm suas diversas propriedades associadas às ligações químicas. Na natureza os átomos dos elementos se unem, dando origem à enorme variedade de materiais que conhecemos. Em condições ambientes os gases nobres são formados por átomos isolados.

Os átomos dos gases nobres são os únicos que já têm a camada da valência completa com 8 elétrons e uma configuração estável (o He possui somente 2 elétrons na última camada). São muito estáveis, portanto, pouco reativos.

Os átomos dos demais elementos químicos ligam-se uns aos outros na tentativa de completar a camada da valência e aumentar sua estabilidade (teoria do octeto). Isso pode ser conseguido de diversas maneiras, dando origem a diversos tipos de ligações químicas.

As ligações químicas podem ser classificadas em três categorias:

- Iônica: é a atração eletrostática entre íons de cargas opostas num retículo cristalino. Essa ligação ocorre entre átomos de metais (possuem 1, 2 ou 3 elétrons na última camada e forte tendência a perdê-los) e átomos de não metais (possuem 5, 6 ou 7 elétrons na última camada e forte tendência a receber mais 3, 2 ou 1 elétron e assim completar seus octetos eletrônicos).

- Covalente: além de se movimentarem em torno do núcleo atômico, os elétrons possuem também um movimento helicoidal em torno de um eixo próprio, chamado de spin. Elétrons com movimentos helicoidais opostos representam um par de elétrons. Esse tipo de ligação aparece quando ocorre a união entre átomos estabelecida por pares de elétrons. Nesse tipo de ligação, elementos eletronegativos se unem, a ligação ocorre entre não metais ou entre não metal e hidrogênio (H). Ocorre por compartilhamento de elétrons, pois os dois átomos possuem tendência de receber elétrons.

- Metálica: ocorre entre os átomos de metais, pois os átomos dos elementos metálicos apresentam forte tendência a doarem seus elétrons da última camada. Esses átomos perdem seus elétrons da última camada e estes elétrons ficam livres para se movimentarem de forma desordenada. Formam-se os íons positivos que ficam mergulhados num mar de elétrons (nuvem eletrônica).

Ligação metálica e a corrente elétrica

Se aplicarmos um campo elétrico a um metal, orientamos o movimento dos elétrons numa direção e geramos