Condutores

Os condutores são materiais que apresentam pouca resistência à passagem de corrente elétrica em seu interior quando sujeitos a uma tensão elétrica, em razão da baixa força atrativa entre os seus elétrons livres e o seu núcleo atômico, permitindo uma ótima condução de energia. Alguns exemplos de condutores são a prata, o ouro, o aço e o alumínio.

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Resumo sobre condutores

• Os condutores são materiais caracterizados por terem baixa resistividade elétrica e alta condutividade elétrica. 

• Bons condutores são aqueles que conduzem melhor a eletricidade devido aos seus altos valores de condutividade elétrica.

• Males condutores são aqueles que conduzem pior a eletricidade devido aos seus baixos valores de condutividade elétrica.

• Os condutores podem ser sólidos, líquidos ou gasosos de acordo com o movimento dos elétrons livres ou dos íons.

• Os semicondutores são materiais que podem alterar a sua condição de isolantes para condutores e vice-versa, dependendo das condições físicas.

• Condutores e isolantes são materiais com propriedades e funções opostas. Assim, os isolantes são materiais caracterizados por terem alta resistividade elétrica e baixa condutividade elétrica, sendo capazes de isolar superfícies de contato.

O que são condutores?

Os condutores são materiais elétricos que conduzem as cargas elétricas com o mínimo de resistência quando submetidos a uma diferença de potencial elétrico (tensão elétrica), como pilhas, baterias ou tomadas. 

Isso acontece devido à enorme presença de elétrons em sua camada de valência (última camada do átomo a receber elétrons), denominados elétrons livres, que apresentam uma baixa força de atração com o núcleo do seu átomo, o que concede grande liberdade de movimentação dos elétrons (corrente elétrica) através do condutor.

O que são bons e males condutores

A propriedade condutividade elétrica é o que determina se um condutor é considerado bom ou mal.

• Bons condutores são aqueles que conduzem melhor a eletricidade, já que possuem valores maiores de condutividade elétrica do que outros materiais. Por exemplo, a prata é considerada o melhor condutor, já que apresenta uma condutividade elétrica de \(6,8\cdot 10^7 (Ω\cdot m)^{-1}\).

• Males condutores são aqueles que conduzem pior a eletricidade, já que possuem valores menores de condutividade elétrica do que outros materiais. Por exemplo, a borracha é considerada um dos piores condutores, já que apresenta uma condutividade elétrica de \(1,1\cdot 10^{-15} (Ω\cdot m)^{-1}\).

Características dos condutores

Os condutores são caracterizados pelas propriedades físicas condutividade elétrica e resistividade elétrica, que variam com a resistência elétrica, a temperatura e as dimensões do condutor.

Sendo assim, os condutores possuem elevada condutividade elétrica, uma propriedade que indica o quanto o material facilita no deslocamento das cargas elétricas. Ela é calculada pela fórmula:

\(σ=\frac{L}{R\cdot A}\)

• σ → condutividade elétrica do material, medida em \([(Ω\cdot m)^{-1} ]\) ou siemens por metro [S/m];

• L → comprimento do condutor, medido em metros \([m]\);

• R → resistência elétrica, medida em Ohm \([Ω]\);

• A → área de secção transversal do condutor, medida em \([m^2]\).

A condutividade elétrica também é calculada pelo inverso da resistividade elétrica:

\(σ=\frac{1}ρ\)

• σ → condutividade elétrica do material, medida em \([(Ω\cdot m)^{-1} ]\);

• ρ → resistividade elétrica do material, medida em \([Ω\cdot m]\).

Eles também possuem baixa resistividade elétrica, uma propriedade que indica o quanto o material resiste ao deslocamento de cargas elétricas, calculada pela fórmula:

\(ρ=\frac{R\cdot A}L\)

• ρ → resistividade elétrica do material, medida em \([Ω\cdot m]\);

• R → resistência elétrica, medida em Ohm \([Ω]\);

• L → comprimento do condutor, medido em metros \([m]\);

• A → área de secção transversal do condutor, medida em \([m^2]\).

A resistividade elétrica também é calculada pelo inverso da condutividade elétrica:

\(ρ=\frac{1}σ\)

• ρ → resistividade elétrica do material, medida em \([Ω\cdot m]\);

• σ → condutividade elétrica do material, medida em \([(Ω\cdot m)^{-1}]\).

Quais são os tipos de condutores?

Os condutores são tipificados em sólidos, líquidos ou gasosos.

→ Condutores sólidos

Os condutores sólidos, ou condutores metálicos, são aqueles caracterizados pela facilidade em doar elétrons e pelo deslocamento dos elétrons livres, que são atraídos pelo polo positivo e repelidos pelo polo negativo, conduzindo rapidamente a energia.

→ Condutores líquidos

Os condutores líquidos, ou condutores eletrolíticos, são aqueles caracterizados pelo deslocamento dos ânios (íon negativos) e dos cátions (íons positivos) em sentidos opostos, gerando uma corrente elétrica e, consequentemente, energia.

→ Condutores gasosos

Os condutores gasosos, ou condutores de terceira classe, são aqueles caracterizados pelo deslocamento dos ânions (íon negativos) para o polo positivo e dos cátions (íons positivos) para o polo negativo, gerando energia por meio das suas colisões.

Exemplos de condutores

• No estado sólido: prata, cobre, alumínio, ouro, aço, alumínio, ferro.

• No estado líquido: sódio, mercúrio, cálcio, potássio, soluções básicas ácidas ou salinas.

• No estado gasoso: todos os gases que podem ser ionizados (aqueles que ganham ou perdem elétrons).

Semicondutores

Os materiais semicondutores são materiais sólidos que apresentam uma condutividade elétrica intermediária, fazendo com que eles se comportem ora como isolantes, ora como condutores de acordo com as condições ambientais, como temperatura e estado elétrico. Alguns exemplos de semicondutores são o silício e o germânio, usados na produção de componentes eletrônicos. Para saber mais sobre os materiais semicondutores, clique aqui.

Quais são as diferenças entre condutores e isolantes?

Os condutores e isolantes são materiais com propriedades e funções opostas:

• Condutores: são materiais que apresentam elevados valores de condutividade elétrica e, consequentemente, inferiores valores de resistividade elétrica, servindo de condutores elétricos.

• Isolantes: são materiais que apresentam elevados valores de resistividade elétrica e, consequentemente, inferiores valores de condutividade elétrica, servindo de isolantes elétricos. 

Importante: É possível transformarmos um material isolante em um material condutor, ou vice-versa, dependendo da intensidade da diferença de potencial elétrico que lhe é aplicado.

Exercícios resolvidos sobre condutores

Questão 1

(Enem) A resistência elétrica de um fio é determinada pelas suas dimensões e pelas propriedades estruturais do material. A condutividade (σ) caracteriza a estrutura do material, de tal forma que a resistência de um fio pode ser determinada conhecendo-se L (comprimento do fio) e A (a área de seção reta). A tabela relaciona o material à sua respectiva resistividade em temperatura ambiente.

Mantendo-se as mesmas dimensões geométricas, o fio que apresenta menor resistência elétrica é aquele feito de:

A) tungstênio

B) alumínio

C) ferro

D) cobre

E) prata

Resolução:

Alternativa E

O condutor com a menor resistência elétrica (propriedade cuja função é de se opor à travessia da corrente elétrica) é aquele com maior condutividade elétrica, portanto, a prata.

Questão 2

Determine a condutividade elétrica de um condutor que possui um comprimento de 2m, área transversal de \(10^{-1}\ m\) e resistência elétrica de \(4\cdot 10^{-5}\ Ω\cdot m\).

A) \(5\cdot 10^5\)

B) \(5\cdot 10^4\)

C) \(5\cdot 10^3\)

D) \(5\cdot 10^2\)

E) \(5\cdot 10^1\)

Resolução:

Alternativa A

Calcularemos a condutividade elétrica do condutor por meio da fórmula:

\(σ=\frac{L}{R\cdot A}\)

\(σ=\frac{2}{4\cdot 10^{-5}\cdot10^{-1}}\)

\(σ=\frac{0,5}{10^{-5-1}} \)

\(σ=\frac{0,5}{10^{-6}} \)

\(σ=0,5\cdot 10^6\)

\(σ=5\cdot 10^{-1}\cdot 10^6\)

\(σ=5\cdot 10^{-1+6}\)

\(σ=5\cdot 10^5 (Ω\cdot m)^{-1}\)