Existem matérias condutores e isolantes, mas existe também um meio-termo entre eles, os chamados semicondutores.
A condutividade elétrica dos materiais está baseada no fato de os elementos possuírem a última camada eletrônica instável, ou seja, os elétrons da sua camada de valência têm grande facilidade de se deslocar ente os átomos vizinhos.
Alguns metais, como o cobre e o ferro, possuem a sua última camada eletrônica instável, ou seja, essa última camada possui uma grande facilidade para perder elétrons. Esses elétrons livres ficam vagando de átomo para átomo, sem direção definida. Como os elétrons não têm direção definida, o átomo que perdeu elétrons volta a readquiri-los com facilidade dos átomos vizinhos.
Por possuírem uma grande facilidade de perder elétrons, os metais são utilizados largamente na fabricação de fios condutores de eletricidade e eletroeletrônicos. Tal fato de perder elétrons nos permite dizer que os metais possuem um bom fluxo de elétrons em seu interior.
Outros materiais, como o plástico e a borracha, não possuem a mesma característica que os metais, ao contrário do cobre e do ferro, não permitem a passagem dos elétrons. Os seus átomos possuem grande dificuldade em ceder ou receber elétrons em sua camada de valência. Nos fios condutores de eletricidade, por exemplo, se utilizam materiais isolantes com o intuito de proteger o circuito de possíveis curtos-circuitos, e os seres humanos de choques elétricos. No cotidiano os isolantes são largamente utilizados, como sapatos de borracha, fitas isolantes, cabos de fiação elétrica, etc.
Assim, podemos concluir que isolantes são os materiais que possuem grande dificuldade em ceder ou receber elétrons livres. Tal fato ocorre porque na última camada dos átomos que compõem o material, chamada de camada de valência, os elétrons estão fortemente ligados ao átomo. Condutores são os materiais que possuem muita facilidade em ceder e receber elétrons, pois em sua camada de valência os elétrons têm uma fraca ligação com átomo.
Assim como existe os condutores e isolantes, existe também um meio termo entre eles que são os chamados semicondutores. Esse tipo de material, como o silício (Si) e o germânio (Ge), é muito utilizado na indústria eletrônica.
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Condutores e isolantes são materiais elétricos que se comportam de maneiras opostas no que respeita à passagem de corrente elétrica.
Enquanto os condutores permitem a movimentação dos elétrons ou íons, os isolantes dificultam essa movimentação, ou seja, a passagem da eletricidade.
É o mesmo que dizer que os condutores conduzem as cargas, ou facilitam, a sua passagem e que os isolantes a isolam.
Isso acontece em decorrência da estrutura atômica das substâncias, ou melhor, dos elétrons que os materiais apresentam na sua camada de valência. A camada de valência é aquela que fica mais distante do núcleo atômico.
Condutores
Condutores elétricos são materiais de baixa resistividade. A resistividade é uma propriedade dos materiais, que caracteriza o quão fácil os portadores de carga podem se movimentar através deles.
Nos materiais condutores, as cargas elétricas se movimentam com mais liberdade em função dos elétrons livres presentes na sua camada de valência.
A ligação dos elétrons livres com o núcleo atômico é bastante fraca. Assim, esses elétrons têm tendência para serem doados, movimentam-se e espalham-se facilitando a passagem da eletricidade.
São exemplos de condutores elétricos os metais em geral, tais como cobre, ferro, ouro e prata.
Os condutores ainda podem ser de segunda espécie: soluções eletrolíticas, e soluções aquosas de ácidos, bases ou sais. Nestes condutores os portadores de cargas são íons negativos ou positivos.
Os condutores de terceira espécie são gases ionizados onde os portadores de carga podem ser íons positivos, negativos e elétrons livres.
Tipos de condutores
- Sólidos - também chamados condutores metálicos, caracterizam-se pelo movimento dos elétrons livres e pela forte tendência de doar elétrons;
- Líquidos - também chamados condutores eletrolíticos, caracterizam-se pelo movimento de cargas positivas (cátions) e negativas (ânions). Essa movimentação, em sentidos opostos, cria a corrente elétrica;
- Gasosos - também chamados condutores de terceira classe, caracterizam-se pelo movimento de cátions e ânions. Ao contrário dos condutores líquidos, a energia é produzida através do choque entre as cargas e não isoladamente.
Isolantes
Isolantes elétricos são materiais de alta resistividade, de modo que os portadores de carga (elétrons e íons) têm dificuldade de se movimentarem através dos mesmos.
Nos materiais isolantes, também chamados dielétricos, verifica-se a ausência ou pouca presença de elétrons livres.
Isso faz com que os elétrons dos isolantes estejam fortemente ligados ao núcleo, inibindo a sua movimentação.
São exemplos de isolante elétricos: borracha, isopor, lã, madeira, plástico e papel, vácuo, vidro.
Resistividade e condutividade
Resistividade e condutividade são propriedade dos materiais, inversamente proporcionais, que indicam o quão bem um material conduz eletricidade.
Materiais com alta resistividade, possuem baixa condutividade, e vice-versa. Matematicamente, se relacionam como:
Onde:
é a resistividade, medida em (ohm-metro);
é a condutividade, medida em .
A resistividade também é afetada pela temperatura, portanto, a condutividade também. A resistividade aumenta com o aumento da temperatura.
Semicondutores
Os materiais semicondutores são aqueles que podem se comportam como um condutor ou como um isolante mediante as condições físicas.
Os exemplos mais comuns de semicondutores são silício e o germânio.
Exemplos condutores elétricos e isolantes
| Metais | Resistividade |
| Prata | |
| Cobre | |
| Semicondutores | |
| Silício puro | |
| Silício b tipo n | |
| Isolantes | |
| Vidro | |
| Quartzo fundido |
Leia também:
- Gaiola de Faraday
- Camada de Valência
- Energia Elétrica
- Carga Elétrica: Exercícios
- Circuito Elétrico
Referências Bibliográficas
HALLIDAY, DAVID. Fundamentos da Física, volume 3: eletromagnetismo. Rio de Janeiro, LTC, 2009.
Professor de Matemática licenciado e pós-graduado em Ensino da Matemática e Física (Fundamental II e Médio), com formação em Magistério (Fundamental I). Engenheiro Mecânico pela UERJ, produtor e revisor de conteúdos educacionais.