O que são Condutores Elétricos?

O que são Condutores Elétricos?

Definição de Condutor Elétrico

Um condutor elétrico é definido como um material que permite o fluxo fácil de carga elétrica, principalmente devido ao movimento de elétrons.

Um condutor elétrico é definido como um objeto ou tipo de material que permite o fluxo de carga em uma ou mais direções. Materiais feitos de metal são condutores elétricos comuns, pois os metais têm alta condutância e baixa resistência.

Os condutores elétricos permitem que os elétrons viajem entre átomos a uma velocidade de deriva dentro da banda de condução, um nível de energia específico que suporta o movimento livre de elétrons. Esses condutores consistem em átomos com elétrons de valência fracamente ligados que podem ser facilmente excitados por um efeito elétrico ou térmico. A transição de um elétron da banda de valência para a banda de condução deixa para trás um buraco positivo, que também contribui para o movimento de carga.

Os condutores elétricos podem ser metais, ligas metálicas, eletrólitos ou alguns não-metais como grafite e polímeros condutivos. Esses materiais permitem que a eletricidade (ou seja, o fluxo de carga) passe por eles facilmente.

Condutores Conduzem Corrente

A corrente em um condutor representa a taxa na qual a carga flui através de sua seção transversal, diretamente proporcional tanto ao campo elétrico quanto à condutância do condutor. Este campo elétrico surge de uma diferença de potencial através do condutor, enquanto a condutância quantifica a facilidade com que o material permite o fluxo de carga.

Quando uma diferença de potencial é aplicada a um condutor, os elétrons na banda de condução ganham energia e começam a derivar do terminal negativo para o terminal positivo da fonte de tensão. A direção da corrente é oposta à direção do fluxo de elétrons, já que a corrente é definida como o fluxo de carga positiva. Os elétrons colidem com átomos e outros elétrons no condutor, o que causa resistência e geração de calor. A resistência é uma medida de quão muito o material opõe-se ao fluxo de carga através dele.

A corrente em um condutor depende de vários fatores, como:

• A diferença de potencial através do condutor

• O comprimento e a área da seção transversal do condutor

• A temperatura e a composição do material

• A presença de impurezas ou defeitos no material

Propriedades dos Condutores Elétricos

• Eles têm alta condutância e baixa resistência

• Eles têm muitos elétrons livres em sua banda de condução

• Eles não têm lacuna de energia entre sua banda de valência e a banda de condução

• Eles têm ligações metálicas que formam uma rede de íons positivos cercada por uma nuvem de elétrons

• Eles têm campos elétricos nulos e densidade de carga nula internamente

• Eles têm cargas livres apenas em sua superfície

• Eles têm um campo elétrico perpendicular à sua superfície

Tipos de Condutores

Condutores Ohmicos

Condutores ohmicos são materiais que seguem a lei de Ohm para qualquer diferença de potencial e temperatura. Eles têm uma relação linear entre tensão e corrente, o que significa que sua resistência é constante. A maioria dos metais são condutores ohmicos em condições normais.

Condutores Não-Ohmicos

Condutores não-ohmicos são materiais que não seguem a lei de Ohm para qualquer diferença de potencial ou temperatura. Eles têm uma relação não-linear entre tensão e corrente, o que significa que sua resistência varia com a tensão aplicada. Condutores não-ohmicos podem exibir resistência negativa, onde a corrente diminui à medida que a tensão aumenta, ou resistência positiva, onde a corrente aumenta à medida que a tensão aumenta, mas não proporcionalmente. Alguns condutores não-ohmicos também podem ter uma tensão limiar, abaixo da qual não há fluxo de corrente.

Condutores Sólidos

Condutores sólidos são materiais que têm forma e volume fixos. Eles podem ser divididos ainda mais em condutores metálicos e não-metálicos.

• Condutores metálicos: Estes são metais ou ligas metálicas que têm alta condutividade e baixa resistividade. Eles têm uma estrutura de rede de íons positivos cercada por um mar de elétrons livres. Alguns exemplos de condutores metálicos são prata, cobre, ouro, alumínio, ferro, latão, bronze, etc.

• Condutores não-metálicos: Estes são não-metais que têm alguns elétrons ou íons livres em sua estrutura. Eles têm menor condutividade e maior resistividade do que os metais. Alguns exemplos de condutores não-metálicos são grafite, nanotubos de carbono, grafeno, etc.

Condutores Líquidos

• Condutores líquidos: são materiais que não têm forma fixa, mas têm volume fixo. Eles podem ser divididos ainda mais em condutores metálicos e não-metálicos.

• Condutores metálicos: Estes são metais que estão em estado líquido à temperatura ambiente ou quando aquecidos. Eles têm alta condutividade e baixa resistividade. Eles têm uma estrutura semelhante aos metais sólidos, mas com mais espaçamento interatômico e mobilidade. Um exemplo de condutor líquido metálico é o mercúrio.

• Condutores não-metálicos: Estes são líquidos que contêm íons ou moléculas dissolvidas que podem carregar uma carga. Eles têm menor condutividade e maior resistividade do que os metais. Eles têm uma estrutura de solutos polares ou iônicos em um solvente. Alguns exemplos de condutores líquidos não-metálicos são água salgada, soluções ácidas, eletrólitos, etc.

Fatores que Afetam a Condutividade dos Condutores Elétricos

A condutividade de um condutor elétrico depende de vários fatores, como:

• O tipo e número de portadores de carga livres: Quanto mais elétrons ou íons livres em um material, maior sua condutividade e menor sua resistividade.

• O tamanho e a forma do condutor: Quanto mais longo e fino for o condutor, menor sua condutividade e maior sua resistividade.

• A temperatura do condutor: Quanto mais alta for a temperatura do condutor, menor sua condutividade e maior sua resistividade. Isso ocorre porque a agitação térmica dos átomos e elétrons aumenta as colisões e reduz a mobilidade dos portadores de carga.

• A presença de impurezas ou defeitos no condutor: Quanto mais impurezas ou defeitos no condutor, menor sua condutividade e maior sua resistividade. Isso ocorre porque as impurezas ou defeitos atuam como centros de dispersão para os portadores de carga e reduzem seu caminho livre médio.

• A frequência do campo elétrico aplicado: Quanto mais alta for a frequência do campo elétrico aplicado, menor a condutividade e maior a reatância do condutor. Isso ocorre porque, em altas frequências, os portadores de carga não conseguem acompanhar as mudanças rápidas no campo elétrico e criam um campo magnético oposto.

Aplicações de Condutores Elétricos

Condutores elétricos são utilizados em uma ampla gama de campos científicos e de engenharia. Algumas aplicações notáveis incluem:

• Fiação elétrica: Fios elétricos são feitos de condutores de cobre ou alumínio que transportam corrente elétrica de fontes de alimentação para cargas. Eles são revestidos com materiais isolantes para prevenir curtos-circuitos e choques elétricos.

• Circuitos elétricos: Circuitos elétricos são redes de componentes elétricos que realizam funções específicas usando corrente elétrica. Eles são feitos de diversos tipos de condutores, como fios, resistores, capacitores, indutores, diodos, transistores, etc.

• Máquinas elétricas: Máquinas elétricas são dispositivos que convertem energia elétrica em energia mecânica ou vice-versa usando corrente elétrica e campos magnéticos. Elas são feitas de diversos tipos de condutores, como bobinas, enrolamentos, rotores, estatores, armaduras, etc.

• Sensores elétricos: Sensores elétricos são dispositivos que detectam grandezas físicas como temperatura, pressão, luz, som, etc., e as convertem em sinais elétricos. Eles são feitos de diversos tipos de condutores, como eletrodos, fios, bobinas, resistores, capacitores, etc. Alguns exemplos de sensores elétricos são termopares, fotodiodos, LDRs, sensores piezelétricos, etc.

Conclusão

Condutores elétricos são materiais essenciais para muitas aplicações que envolvem corrente elétrica e campos elétricos. Eles têm diferentes tipos, propriedades e fatores que afetam sua condutividade. Eles também são usados para fazer diversos tipos de sensores elétricos que podem detectar e medir fenômenos físicos. Os condutores elétricos estão constantemente evoluindo com novas tecnologias e inovações para atender às demandas de várias indústrias e campos.