quarta-feira, 9 de abril de 2014

CONDUTORES, SEMICONDUTORES E ISOLANTES: A EVOLUÇÃO DA ELETRICIDADE

Por: Claudinei Rodrigues Ferraz
Quando um condutor metálico é submetido a uma corrente elétrica um número elevado de elétrons passa a se deslocar por esse condutor. Com isto, estas partículas passam a se colidir com outros elétrons e também com outros átomos que constituem o material, tendo então dificuldade em se deslocar, ou seja, há uma resistência à passagem de corrente elétrica. Um metal à temperatura ambiente tem resistência elétrica pequena, mas não nula. Esta resistência é a capacidade de um corpo em dificultar a passagem de corrente elétrica mesmo quando existe uma diferença de potencial aplicada. Os materiais podem ser condutores, semicondutores e isolantes.

Figura 1:  Poste de transmissão elétrica. Fonte: Federação nacional dos engenheiros.

Existem materiais que não impedem a passagem de corrente elétrica como o cobre, ferro, ouro, alumínio entre outros metais, logo são chamados de condutores, pois tem uma resistência consideravelmente baixa. Podemos determinar essa resistência através da primeira Lei de Ohm. Esta lei diz que a diferença de potencial entre dois pontos é proporcional à corrente elétrica e, quando se aplica a um determinado condutor, diz-se que este resistor é ôhmico ou linear, podendo ser expresso pela fórmula R=V/I, onde R é a resistência do material medida em Ohms (Ω), V é a diferença de potencial (tensão) medida em Volts (v) e I é a corrente elétrica medida em Ampères (A).

Logo os cientistas determinaram uma grandeza para medir essa resistência, denominada de resistividade elétrica. Utilizando a segunda Lei de Ohm pode-se determinar a resistividade elétrica, também chamada de resistência elétrica especifica, que indica quanto o material se opõem a passagem da corrente elétrica, podendo ser calculada pela expressão R= ρ.(l/S), onde R é a resistência, ρ é a resistividade medida em Ωmm2/m, l é o comprimento do material medido em metros e S é a área da secção do material medido em mm². Ainda pela segunda Lei de Ohm pode-se verificar que a resistência de um condutor é diretamente proporcional ao seu comprimento, diretamente proporcional a resistividade ρ do material e inversamente proporcional à sua área da secção transversal.  

Semicondutores são materiais cujos átomos possuem quatro elétrons na camada de valência, ou seja, na última camada. Os semicondutores não são bons nem maus condutores de eletricidade, pois a condutividade depende da temperatura em que o material está exposto. O silício se comporta como um isolante perfeito a 0K e, conforme a temperatura aumenta, sua condutividade também aumenta. Este material é usado na construção de dispositivos eletrônicos: diodos, transistores, circuitos integrados entre outros. O germânio também era usado para estes fins, porém não é mais utilizado devido sua sensibilidade térmica. 

Quando nos referimos a semicondutores estaremos tratando apenas do silício. Os átomos de silício se distribuem no sólido formando uma estrutura cúbica, onde estes ocupam os vértices do cubo. Esta estrutura cúbica é normalmente chamada cristal. É por isso que nós dizemos que o sólido de silício é um cristal de silício.

Isolantes elétricos, também conhecidos como dielétricos, são materiais que dificultam a passagem de corrente elétrica, ou seja, as cargas elétricas não se movem livremente. Os materiais isolantes podem ser separados de acordo com sua rigidez dielétrica. A rigidez dielétrica de um determinado material é o valor limite de campo elétrico aplicado sobre sua espessura, ou seja, além deste valor os átomos que compõem o material se ionizam e ele deixa de funcionar como isolante.  Vidro, borracha e o óleo são exemplos de materiais isolantes.

REFERÊNCIAS:

SHACKFELFORD, James F.- Ciência dos Materiais; trad. Daniel vieira.6ª ed. São Paulo: Prentice Hall Brasil, 2008.

Site de Disciplinas da IF.USP: Acesso em: 2014. Disponível em: 
<http://plato.if.usp.br/1-2007/fnc0376n/marcia/Notas_aula/aula24.pdf>


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