Semicondutores E Isolantes

INTRODUÇÃO

A condutibilidade elétrica baseia-se na facilidade ou não de elétrons da última camada de cada átomo saltarem entre os átomos vizinhos. No que diz respeito a essa propriedade, os materiais se dividem em três grupos: condutores, semicondutores e isolantes. Alguns materiais possibilitam a migração de cargas elétricas facilmente (condutores), enquanto outros impedem o movimento das mesmas (isolantes). Também existe um tipo de material que é um meio termo entre esses dois primeiros. Esse material é o semicondutor, que permite a transferência de cargas apenas sob determinadas condições. O presente trabalho visa expor as principais características dos materiais supracitados, dando maior atenção aos isolantes e aos semicondutores.

Figura 1 – Exemplos de materiais condutores (fios de cobre) e isolantes (fita adesiva isolante)

1 MATERIAIS ISOLANTES

Os materiais isolantes, também conhecidos como dielétricos, correspondem aos materiais que apresentam os elétrons de valência rigidamente ligados aos seus átomos. Entre os próprios elementos simples, existem vários que se apresentam como isolantes. Entretanto, verifica-se que se consegue uma resistividade muito maior com substâncias compostas, como é o caso da porcelana, borracha, mica, teflon etc, ou seja, os átomos se combinam, formando estruturas cada vez mais complexas, deixando os elétrons mais fortemente ligados a tais estruturas.

Conforme a aplicação, alguns isolantes apresentam, em certos casos, nítida superioridade sobre outros, sendo inadequados em casos diferentes.

O exemplo da porcelana é típico: sendo um material excelente para isolamento de linhas aéreas, pelas suas propriedades dielétricas, químicas e mecânicas, é inteiramente inadequada aos cabos isolados, devido a falta de flexibilidade.

A borracha apresenta excelentes qualidades químicas, mecânicas e elétricas, de modo que é geralmente utilizada nos fios e cabos, mas não é completamente a prova de água, não resiste a temperaturas elevadas e é atacável por óleos e pelo Ozônio.

O fato de um material apresentar propriedades elétricas muito superiores a outros (alta rigidez dielétrica, alta resistividade, baixas perdas) não é suficiente para determinar o seu emprego se as qualidades mencionadas não forem acompanhadas de propriedades químicas e mecânicas adequadas. Assim, às boas propriedades elétricas pode corresponder uma redução de espessura do isolante a empregar nos condutores das máquinas elétricas; é necessário, porém, que o material seja suficientemente forte para resistir aos esforços mecânicos durante a construção e o funcionamento.

Muitas das substâncias industrialmente empregadas como isolantes não são inteiramente homogêneas, especialmente as de origem orgânica como o algodão, seda, madeira, óleos etc, sendo, além disso, em geral, deterioráveis.

Figura 2 - Isolante elétrico de cerâmica, utilizado para isolar

as linhas de transmissão das torres que as sustentam

1.1 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS ISOLANTES (ESTADO FISICO)

Uma primeira classificação dos isolantes pode ser feita de acordo com seu estado:

1.1.1 GASES

Entre os isolantes no estado gasoso, podemos citar como exemplo: ar, anidrido carbônico, azoto, hidrogênio, gases raros e o hexafluoreto de enxofre.

1.1.2 LÍQUIDOS

Entre os isolantes no estado líquido, podemos citar como exemplo os óleos minerais (óleos para transformadores, interruptores e cabos), dielétricos líquidos à prova de fogo (askarel), óleos vegetais (tung, linhaça) e alguns solventes empregados nos vernizes e compostos isolantes (álcool, tolueno, benzeno, benzina, terebintina, petróleo, nafta, acetatos amílicos e butílicos, tetracloreto de carbono, acetona).

1.1.3 SÓLIDOS APLICADOS EM ESTADO LÍQUIDO OU PASTOSO

Entre os isolantes sólidos aplicados em estado líquido ou pastoso, podemos citar como exemplo as resinas e plásticos naturais (resinas fósseis e vegetais, materiais asfálticos, goma laca), ceras (cera de abelhas de minerais, parafina), vernizes e lacas (preparados de resinas e óleos naturais, produtos sintéticos, esmaltes para fios, vernizes solventes, lacas) e compostos de celulose (acetato de celulose, nitrocelulose).

1.1.4 SÓLIDOS

Entre os isolantes sólidos, podemos citar como exemplo os minerais (quartzo, pedra sabão, mica, mármore, ardósia, asbesto), as cerâmicas (porcelana, vidro), borrachas (borracha natural, guta-percha, neoprene, buna) e alguns materiais fibrosos (algodão, seda, linha, papel, vidro, asbesto, madeira, celofane, rayon, nylon)

1.2 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS ISOLANTES (APLICAÇÕES)

Além da classificação apresentada anteriormente, cujo critério é a natureza dos materiais isolantes, estes podem ser classificados também visando a sua aplicação, especialmente na construção de máquinas e aparelhos elétricos, cuja temperatura é limitada não pelos materiais condutores ou magnéticos (que são metálicos) e sim pelos isolantes.

1.2.1 ISOLANTES GASOSOS

O isolante gasoso de maior uso é sem dúvida o ar, excetuando-se algumas aplicações de gases especiais (hexafluoreto de enxofre)

O ar, como isolante, é amplamente usado entre todos os condutores sem isolamento

sólido ou líquido, como, por exemplo, nas redes elétricas de transmissão e eventualmente