Propriedades elétricas

Teoria Completa

E aí, tudo bem?

Neste capítulo vamos aprender sobre as propriedades elétrica dos materiais. Os materiais possuem diferentes propriedades elétricas e podem ter comportamentos distintos quando são colocados em campos elétricos. Alguns materiais conduzem bem a eletricidade e outros não. Partiu entender o porque?

Bora compreender sobres essas propriedades?

Resistência elétrica

A resistência elétrica nada mais é que a capacidade que um material tem de resistir à passagem da corrente elétrica. E a unidade de medida?? Ohm (Ω) :D

Mas e como funciona essa resistência? Imagine você no carnaval em Salvador, ruas lotadas de gente dançando felizes, imaginem a dificuldade de atravessar de um lado para outro na rua, o mesmo acontece com a corrente elétrica. Os metais apresentam elétrons livres e quando estes começam a se movimentar, dificulta a passagem da corrente. Quanto maior o movimento e colisão maior será a resistência elétrica do material. Essa resistência e influenciada pela área do material, e podemos calcular pela seguinte fórmula.

Onde: R (resistência elétrica do material); ρ (resistividade e possui valores diferentes para cada material); l (comprimento do condutor); A (área de seção transversal do condutor).

E o que influencia na resistência?

  • Quanto maior for a área do material, menor será a resistência do condutor, pois ira facilitar a passagem das cargas elétricas por uma área maior, lembre-se da nossa analogia ao carnaval.
  • Quanto maior for o comprimento L do condutor, maior será a resistência pois maior será o espaço que as cargas elétricas percorrerão, aumentando as colisões internas e a perda de energia;

Condutividade elétrica

Se a resistividade é a capacidade de resistir a condução elétrica (σ), então podemos dizer que a capacidade é o inverso da resistividade, beleza?

Unidade: σ (Ohms-metro)-1 (Ω.m) -1= A / V.m

Mas vocês sabiam que os materiais podem ou não conduzir eletricidade? Já repararam que a elétrica de uma casa em geral é feita fios de cobre e afins? Pois conduzemmmm muito bem a eletricidade, mas repararam que são revestidos por um material plástico? Em geral nas cores (preta, branca e vermelha)? Porque estes materiais são isolantes, se não já imaginou o tamanho do choque que levaríamos?

Condutividade σ em (Ω.m)-1 de uma variedade de materiais à temperatura ambiente.

Lei de Ohm

Densidade de corrente elétrica (J) é à quantidade de carga elétrica por um determinado tempo, em que a corrente elétrica é constante que passa em determinada área, e podemos calcular a partir desta equação:

Onde: E (campo elétrico), σ (condutividade), J (densidade)

Bandas de energia nos sólidos

Vamos compreender como é que funciona essa parada de materiais condutores, semicondutores e isolantes? Vamos observar a diferença da coluna dos materiais metálicos , observem primeiramente a falta da “banda proibida” que é maior para os materiais isolantes. Os elétrons que possuem uma maior energia conseguem “subir de bandas” da banda de valencia para a banda de condução.

Vamos imaginar uma seguinte situação, uma pessoa pulando apenas um degrau, tranquilo ne? Voce ira cansa muit pouco (ou seja vai empenhar uma menor energia para essa ação), o que é o caso dos metais, o “GAP’’ ou seja o salto quântico é mais fácil. Agora vamos analisar a coluna dos isolantes, aquela banda proibida seria, seguindo nossa analogia, como se fosse 10 degraus para você pular de um patamar para o outro. A energia é muito maior, então reduz drasticamente a condução de eletricidade devido a isso, dando a característica de material isolante.

  • Material isolante: ligação iônica ou fortemente covalente. Exemplo: Borracha; Madeira; Plástico; Cerâmica; Vidro
  • Material semicondutor: ligação predominantemente covalente e relativamente fraca. Os materiais semicondutores pode ser do tipo intrínseco: comportamento elétrico depende da estrutura eletrônica do material puro e sua condutividade é pequena e varia com a temperatura.
  • Semicondutores extrínsecos: comportamento elétrico depende do tipo e da concentração dos átomos de impurezas. A adição de impurezas é denominada de dopagem.

  • Materiais condutores: Ouro; Prata; Bronze; Alumínio; Níquel – Cromo;

Semicondutores extrínsecos do tipo n

Um material semicondutor pode tornar condutor sabia? Basta fornecer cargas elétricas para que haja quantidade suficiente de elétrons. Elas podem não formar ligações, e por isso eles poderão estar correndo livres e leves soltos, favorecendo a condução.

E como fazer isso? Introduzindo elementos com mais elétrons do material semicondutor, isso é a dopagem. Essas impurezas são doadoras e o material obtido é chamado de semicondutor tipo N.

Semicondutores extrínsecos tipo p

De maneira parecida, também se pode introduzir um excesso de cargas positivas no material, nesse caso, produz-se uma falta de elétrons ou um excesso de “buracos” . Esses buracos também favorece a condução de corrente elétrica, pois o excesso de cargas positivas prende os elétrons e favorece a movimentação deles.

E como conseguimos esses elétrons positivos?

Introduzindo impurezas com menos elétrons de valência que o material semicondutor. Essas são impurezas receptoras e o material obtido é chamado de semicondutor tipo P. 

Exemplo: Silicio dopado com boro (que apresenta 3 eletrons apenas, faltando 1, onde surge o buraco).

Expandir

Exercício Resolvido #1

https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/descoberta-dos-polimeros.htm

Determina a resistência de um condutor de cobre de 3m de comprimento e 2 mm de diâmetro a 25 °C, considerando a resistividade do cobre 1,78 x 10-8 Ω m ?

.

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Passo 1

Primeiramente devemos determinar a fórmula para o cálculo da resistência.

R =   ρ l A

Passo 2

Agora vamos substituir os valores?

R =   ρ l A

R= 1,78   x   10 - 8   Ω m ×   3 m π ( 1 × 1 0 - 3 ) 2 ( m 2 )

R= 0,017 Ω

Resposta

R= 0,017 Ω

Exercício Resolvido #2

https://www.docsity.com/pt/trabalho-de-fisica-ii/4751575/

Sobre a condutividade elétrica dos materiais, escolha a opção certa:

  1. Somente os metais conduzem eletricidade
  2. Os metais são bons condutores elétricos pois apresentam muitos de prótons em sua estrutura atômica.
  3. Para o material ser considerado melhor condutor que outro este deve apresentar a condutividade elétrica maior.
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Passo 1

A primeira alternativa está incorreta, pois tem outros materiais como alguns materiais cerâmicos que apresentam esta característica.

Passo 2

Os metais são bons condutores elétricos pois apresentam elétrons livres

Passo 3

Quanto maior o valor da condutividade elétrica do material, melhor condutor elétrico ele será.

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

Sabendo que a resistividade é o inverso da condutividade elétrica. Determine a partir dos valores de resistividade elétrica abaixo, a alternativa incorreta:

  1. O cobre é melhor condutor elétrico que o alumínio.
  2. Dos materiais acima, o vidro é o que apresenta maior resistência à passagem de corrente elétrica.
  3. A condutividade do ouro é maior que a do alumínio.
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Passo 1

A primeira alternativa está correta, pois o valor de resistência do cobre é menor que a do alumínio.

Passo 2

A segunda alternativa está correta, pois o valor de resistência do vidro é maior do que os listados.

Passo 3

A terceira alternativa está incorreta, pois o valor de resistência do ouro é menor do que do alumínio

Resposta

Alternativa 3

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

De acordo com a figura abaixo marque a alternativa correta.

  1. O ouro é o melhor condutor dentre os materiais
  2. O alumínio é o material que apresenta a menor resistividade a altas temperaturas
  3. A temperatura é uma variável que influencia negativamente na resistividade dos materiais, quanto maior é o aumento da temperatura menos condutor ele se torna.
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Passo 1

A primeira alternativa está incorreta, pois o ouro é o segundo pior condutor dos materiais apresentados.

Passo 2

A segunda alternativa está incorreta, pois o alumínio é o material que apresenta a maior resistividade

Passo 3

A terceira alternativa está correta, pois a temperatura reduz a propriedade do material de conduzir eletricidade

Resposta

Alternativa 3

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Na Figura A tem-se um fio de cobre e na Figura B um fio de alumínio. Você como futuro engenheiro deverá escolher quais dos materiais abaixo você aconselharia para o uso em componentes eletrônicos.

Dados:

Comprimento do cobre: 3 m

Comprimento do alumínio: 2 m

Diâmetro do fio de cobre: 0,1m

Diâmetro do fio de alumínio: 0,2m

Resistividade do cobre: 1,7 x 10 -8

Resistividade do alumínio: 2,8 x 10 -8

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Passo 1

Primeiramente deve-se calcular as resistências dos materiais, primeiramente vamos calcular a do cobre?

R =   ρ l A

R = 1,7 × 10 - 8 × 3 π × ( 0,05 ) ² = 6,49 × 10 - 6 Ω

Passo 2

Agora vamos calcular para o alumínio?

R =   ρ l A

R = 2,8 × 10 - 8 × 2 π × ( 0,1 ) ² = 1,78 × 10 - 6 Ω

Passo 3

Vamos analisar as respostas? A resistência do alumínio é menor que a do cobre, isso significa que nesse caso o alumínio “resiste” menos permitindo a movimentação dos elétrons, e sabe o porquê? O cabo de alumínio apresenta uma maior área e um menor comprimento favorecendo para a melhora da condução elétrica.

Resposta

Fio de alumínio.

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

Em indústrias, obras e entre outros, é obrigatório o uso de EPI (Equipamentos de proteção individual). Ao se mexer com eletricidade é necessário o uso de luvas de borrachas para isolar as mãos da corrente elétrica. Escolha a categoria que se enquadra as luvas e outros exemplos.

  1. Isolante, exemplo: tungstênio
  2. Semicondutores, exemplo: ouro
  3. Isolante, exemplo: madeira
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Passo 1

Primeira alternativa está incorreta, pois o tungstênio é um material condutor

Passo 2

Segunda alternativa está incorreta pois o ouro é um material condutor

Passo 3

Segunda alternativa está correta a madeira é um exemplo de isolante , assim como o vidro e entre outros.

Resposta

Alternativa 3

Exercício Resolvido #7

Elaboração própria

Quanto aos semicondutores extrínsecos assinale a alternativa correta:

  1. Ocorre a movimentação de elétrons
  2. As impurezas adicionadas devem ser colocada em elevados teores
  3. Comportamento elétrico determinado por impurezas
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Passo 1

Primeira alternativa está incorreta, pois o que gera as vacâncias é a presença de impurezas

Passo 2

Segunda alternativa está incorreta pois o mínimo teor de impureza adicionada é suficiente para introduzir buracos.

Passo 3

Terceira alternativa está correta

Resposta

Alternativa 3

Exercício Resolvido #8

Elaboração própria

Sobre os tipos de semicondutores extrínsecos assinale a alternativa incorreta:

  1. São classificados em “N” e “P”
  2. Semicondutor do tipo “N” apresenta elétrons livres
  3. Produz um excesso de cargas negativas no material, facilitando a formação de “buracos”
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Passo 1

Primeira alternativa está correta

Passo 2

Segunda alternativa está correta

Passo 3

Terceira alternativa está incorreta, pois produz um excesso de cargas positivas no material.

Resposta

Alternativa III

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