Os Condutores e Isolantes

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                           GOVERNO DO ESTADO DO RIO GRANDE DO NORTE[pic 2]

SECRETARIA DE EDUCAÇÃO E DA CULTURA

                                DIRETORIA REGIONAL DE EDUCAÇÃO – 3ª DIRED – Nova Cruz - RN

                ESCOLA ESTADUAL DIÓGENES DA CUNHA LIMA DE ENSINO MÉDIO

DISCIPLINA: FÍSICA

PROFESSORA: JULIANA FELISBERTO CARDOSO DA SILVA ASSIS

3ª SÉRIE

SEMANA 4 – 20/05 A 27/05

PRAZO PARA INSERÇÃO NO SIGEDUC – 20/05 A 03/06

Condutores e Isolantes

Os condutores e isolantes são materiais que apresentam, respectivamente, baixa e alta resistência à passagem de corrente elétrica.

Quer entender as diferenças entre os materiais condutores e isolantes? Confira!

Condutores são materiais que possibilitam a movimentação de cargas elétricas em seu interior com grande facilidade. Esses materiais possuem uma grande quantidade de elétrons livres, que podem ser conduzidos quando neles aplicamos uma diferença de potencial. Metais como cobre, platina e ouro são bons condutores.

Os materiais isolantes são aqueles que oferecem grande oposição à passagem de cargas elétricas. Nesses materiais, os elétrons encontram-se, de modo geral, fortemente ligados aos núcleos atômicos e, por isso, não são facilmente conduzidos. Materiais como borracha, silicone, vidro e cerâmica são bons exemplos de isolantes.

Condutividade x Resistividade

A propriedade física que indica se um material é um condutor ou um isolante é a sua resistividade, também conhecida como resistência específica. A resistividade, cujo simbolo é o ρ, é medida em Ω.m, de acordo com Sistema Internacional de Unidades. Além da resistividade, existe a grandeza condutividade, denotada pelo símbolo σ, a condutividade de um material é o inverso de sua resistividade, ou seja:

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Condutividade e resistividade são grandezas inversamente proporcionais.

Condutividade e resistividade são grandezas inversamente proporcionais, ou seja, se um material apresenta uma alta resistividade, sua condutividade é baixa e vice-versa. Do mesmo modo que, dadas as mesmas condições, um material condutor não apresenta características de materiais isolantes. A unidade de medida da condutividade é Ω-1.m-1.

De acordo com a Física clássica, a resistividade de um material pode ser calculada por meio de grandezas microscópicas e mais fundamentais, como a carga e a massa dos elétrons, além de duas grandezas de grande importância para o estudo das propriedades elétricas dos materiais: o caminho livre médio e o tempo livre médio. Tais explicações são oriundas de um modelo físico para a condução conhecido como modelo de Drude.

O caminho livre médio dos elétrons diz respeito à distância que eles podem ser conduzidos dentro de um material sem colidirem com os átomos que compõem a estrutura cristalina do material, enquanto o tempo livre médio é o intervalo de tempo que os elétrons conseguem percorrer o caminho livre médio. Nos materiais condutores, ambos, caminho livre médio e tempo livre médio, são significativamente maiores do que nos materiais isolantes, nos quais os elétrons não conseguem se mover com facilidade.

Segundo o modelo de Drude, os elétrons movem-se (vibram e transladam), no interior dos materiais condutores, em razão de sua temperatura, mas também, pela aplicação de um potencial elétrico. A velocidade com que os elétrons movem-se, entretanto, é extremamente alta, diferentemente da sua velocidade de condução, que é da ordem de poucos centímetros por hora. Isso acontece porque, apesar de moverem-se em altas velocidades, os elétrons sofrem constantes colisões com os átomos que compõem o material, perdendo, assim, parte de sua velocidade.

O movimento resultante dessas colisões não é nulo, uma vez que os elétrons arrastam-se na direção da corrente elétrica, porém é muito lento. Nos materiais isolantes, por sua vez, o livre caminho médio dos elétrons é tão pequeno que, a menos que uma diferença de potencial muito grande seja aplicada, nenhuma corrente elétrica é formada.

Por que alguns materiais são isolantes e outros são condutores?

Atualmente, a explicação para a capacidade de condução de corrente elétrica dos materiais é feita com base em argumentos teóricos complexos e que envolvem aspectos quânticos da matéria. A teoria por trás dessa explicação é chamada de teoria de bandas.

De acordo a teoria de bandas, nos materiais isolantes, os elétrons têm níveis de energia abaixo do mínimo necessário para serem conduzidos. Já nos materiais condutores, os elétrons apresentam níveis de energia maiores que a energia mínima para que ocorra sua condução.

Uma quantidade de energia separa os elétrons que podem ser conduzidos daqueles que não podem. Essa energia é chamada de gap. Nos materiais isolantes, o gap é muito grande e, por isso, é necessário que se aplique neles uma grande quantidade de energia, de modo que os seus elétrons movam-se de um ponto a outro. Já nos materiais condutores, o gap de energia é nulo ou muito pequeno, de forma que os elétrons podem se deslocar facilmente em seu interior.

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Em materiais como a borracha, a energia de gap é muito alta

Materiais condutores

Os materiais condutores compartilham uma característica comum: a corrente elétrica é conduzida facilmente através deles. Suas principais características são a abundância de elétrons livres, além de baixas resistências elétricas.

Quando os materiais elétricos estão eletricamente carregados, sem transportar cargas, dizemos que eles se encontram em equilíbrio eletrostático. Nessa condição, os elétrons ocupam as camadas mais externas do material, posicionando-se exclusivamente em sua superfície, em razão da repulsão entre suas cargas e de sua grande mobilidade.