Propriedades elétricas dos materiais

Este cabo, comumente usado, é composto de fio de cobre, um metal alto, coberto com plástico isolante, material de condutividade muito baixo

Quais são as propriedades elétricas dos materiais?

As propriedades elétricas Dos materiais são aqueles que determinam sua resposta à passagem da corrente elétrica, ou seja, sua capacidade de conduzir e resistir (pertencente a transmitir eletricidade e resistência à passagem do mesmo, respectivamente). De acordo com esse critério, os materiais são classificados em três categorias: condutores, isoladores e semicondutores.

A disposição das partículas que compõem o átomo é responsável por esta resposta. Dois dos mais importantes, prótons e elétrons, são caracterizados por ter carga elétrica, uma propriedade da matéria, assim como a massa.

No caso de materiais condutores, é fácil estabelecer uma corrente elétrica no interior, pois alguns têm elétrons livres, que não estão ligados a um átomo específico. Normalmente, o movimento desses elétrons é aleatório, mas se algum agente externo cuida de movê -los em ordem, uma corrente será gerada.

Pelo contrário, o núcleo atômico em materiais isolantes é capaz de reter elétrons com mais firmeza, por isso não é tão simples que as cargas elétricas circulem através deles.

Quanto aos materiais semicondutores, eles têm características intermediárias, ou seja, podem realizar eletricidade em determinadas circunstâncias circunstâncias. Isso os torna especialmente úteis em dispositivos eletrônicos, pois servem como amplificadores e como reguladores de intensidade e a passagem da corrente, entre outras funções.

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Quais são as propriedades elétricas dos materiais?

Condutividade elétrica

O físico inglês Stephen Gray (1666-1736) foi um dos primeiros a classificar materiais em condutores e isoladores, de acordo com a facilidade de conduzir eletricidade. Naturalmente, a maneira ideal de descobrir é passar na corrente elétrica através de diferentes materiais e estudar a resposta de cada.

No entanto, quando uma corrente elétrica circula através de um objeto, uma densidade de corrente (intensidade por unidade de área) é criada dentro), que, para muitas substâncias, é proporcional ao campo elétrico produzido.

Tanto o campo elétrico quanto a densidade de corrente são quantidades vetoriais, portanto são indicadas com negrito, para diferenciá -las daquelas que não são. Se o campo elétrico for chamado E E a densidade atual é J, Então você pode escrever:

J ∝ E

Onde o símbolo "∝" lê "... é proporcional a ...". Para estabelecer a igualdade, é necessária uma constante de proporcionalidade, chamada σ (leia "Sigma"), que é conhecida como condutividade elétrica do material. Desta forma:

J = σ E

Unidades

A condutividade elétrica é expressa em AMPs /volts-medé, ou abreviado a /v ∙ m, uma vez que a densidade de corrente é dada em A /M² e o campo elétrico em v/m. O quociente entre a corrente que passa por um material e a tensão aplicada a ele é a condutância G e sua unidade de medida é o Siemens E é abreviado, portanto, a condutividade σ também pode ser expressa como S/M ou S ∙ M^-1.

Os materiais em que J = σ E Eles sabem como Materiais ôhmicos, Bem, esta é a forma microscópica da lei bem conhecida ohm para circuitos elétricos resistivos v = i ∙ r, onde v é a tensão, e a corrente e r uma resistência elétrica.

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Condutores Substâncias e Materiais

A lei de Ohm estabelece que quanto maior o campo elétrico dentro do motorista, maior a densidade da corrente, um fato favorecido quando σ é grande. Portanto, bons motoristas são aqueles com alta condutividade σ.

Materiais com facilidade para transportar corrente podem ser condutores eletrônicos ou condutores eletrolíticos. Os primeiros têm os elétrons livres tão chamados, que são elétrons pouco ou nada ligados a algum átomo em particular e, portanto, podem circular através do material. Entre eles, os metais se destacam: prata, cobre e ouro, por exemplo.

Quando uma tensão é estabelecida em um pedaço de cobre, é criado um campo elétrico no qual os elétrons livres se movem, gerando uma corrente elétrica na direção oposta ao campo.

O segundo tipo de condutores, eletrolíticos, são soluções em meio aquoso de diferentes ácidos, bases ou sais. Nesses, a condução é realizada graças a íons positivos e negativos (cátions e ânions, respectivamente), capaz de se mover no meio, guiado por eletrodos com uma carga de sinal oposto.

Exceto altas tensões, os condutores eletrolíticos também cumprem a lei de Ohm.

Tabela condutora

A tabela a seguir mostra a condutividade de vários materiais, condutores, semicondutores e isoladores, a uma temperatura de 20 ° C.

A condutividade de vários materiais pode ser observada aplicando uma temperatura de 20 ° C

A temperatura é um fator importante para a condutividade elétrica, porque a uma temperatura mais alta, a condutividade diminui, devido à agitação térmica. Dessa forma, os átomos vibram mais rapidamente, aumentando o número de colisões entre eles e os elétrons livres, cujo movimento é mais desordenado.

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Pelo contrário, quando a temperatura cai, os materiais tendem a aumentar sua condutividade. Alguns podem se tornar supercondutores de temperatura muito baixa, o que significa que sua condutividade é praticamente infinita.

Embora os metais sejam materiais de condução por excelência, o grafeno é aquele com a maior condutividade, como podemos observar na tabela.

Ele Grafeno Não é um metal, mas uma substância feita de carvão puro, cujos átomos são organizados em uma estrutura altamente regular. Sendo também um excelente condutor térmico, o grafeno pode suportar a passagem de altas correntes elétricas sem danificar o calor.

Condutividade e resistividade

Quando se trata de condutores eletrônicos, você trabalha duro com resistividade, em vez de condutividade.

A resistividade é o recíproco ou inverso da condutividade. Isso significa que quanto maior a condutividade de um material, menor sua resistividade.

A resistividade é indicada com a letra grega ρ (lê "Rho") e, como dito acima, pode ser expressa por:

ρ = 1 / σ

Ao contrário da condutividade, a resistividade aumenta com a temperatura, portanto, a uma temperatura mais alta, maior resistividade.

Referências

1. Bauer, w. 2011. Física para engenharia e ciências. Volume 2. Mc Graw Hill.  
2. Callister, w. Ciência e Engenharia de Materiais. Eu revertei.
3. Stax aberto. Física da faculdade. Recuperado de: OpenStax.org.