Defina:
Condutor, isolante e semicondutor de acordo com a condutividade do material

Passo 1

O enunciado pede que se definam, com base na condutividade do material, os termos: condutor, isolante e semicondutor.
Informações relevantes que temos (implícitas na pergunta): a classificação deve usar a grandeza física chamada condutividade elétrica e, quando necessário, exemplos e valores típicos podem ser usados para ilustrar as diferenças.

Passo 2

O que é condutividade elétrica?
A condutividade elétrica é uma propriedade que mede a facilidade com que cargas elétricas se movem dentro de um material. Em fórmula, a condutividade é representada por \sigma e vale
\sigma = n\,q\,\mu,
onde:
  • n é a concentração de portadores de carga (número de elétrons livres ou lacunas por unidade de volume),
  • q é a carga elétrica do portador (para elétrons |q|=e, onde e é a carga elementar),
  • \mu é a mobilidade dos portadores (medida de quão facilmente eles se deslocam sob a ação de um campo elétrico).
    A unidade de \sigma no Sistema Internacional é \mathrm{S/m} (siemens por metro).

Passo 3

Por que materiais diferentes têm condutividades muito distintas?
Explanação qualitativa, passo a passo:
  • Se um material tem muitos portadores n e/ou esses portadores se movem facilmente (alta \mu), então \sigma é grande e o material conduz bem corrente elétrica.
  • Se n é muito pequeno (quase não há elétrons livres) ou a mobilidade é muito baixa, \sigma é pequena e o material não conduz bem.
  • A estrutura eletrônica do material (bandas de energia) controla n e, via espalhamento, afeta \mu. Simplificando: metais têm elétrons livres em abundância; isolantes têm pouca ou nenhuma disponibilidade de elétrons livres; semicondutores estão no meio, podendo ter n baixo em estado puro, mas aumentável por dopagem.

Passo 4

Faixas típicas de condutividade (valores aproximados para orientar a classificação)
Observação: não existe um limite universal e exato — são ordens de grandeza usadas para distinguir classes.
  • Condutores (metais típicos): \sigma \gtrsim 10^{6}\\ \mathrm{S/m}. Exemplo: cobre tem \sigma \approx 5{,}8\times10^{7}\\ \mathrm{S/m}.
  • Semicondutores: valores muito intermediários, tipicamente aproximadamente na faixa 10^{-6} a 10^{4}\\ \mathrm{S/m} dependendo de dopagem e temperatura. Exemplos: silício intrínseco tem \sigma muito pequena à temperatura baixa, mas dopado pode alcançar \sim 10^{-1} a 10^{3}\\ \mathrm{S/m}.
  • Isolantes (dielétricos): \sigma \lesssim 10^{-10} a 10^{-12}\\ \mathrm{S/m} para bons isolantes em condições normais. Exemplos: vidro, borracha, cerâmica têm condutividades extremamente baixas.
    Esses números são guias; valores reais variam com temperatura, impurezas e medição.

Passo 5

Como a temperatura influencia a classificação (importante para a prova):
  • Em metais (condutores), ao aumentar a temperatura, os elétrons sofrem mais espalhamento com os átomos vibrando mais, então a mobilidade \mu cai e a condutividade \sigma normalmente diminui.
  • Em semicondutores, ao aumentar a temperatura aumenta a geração térmica de portadores (aumenta n), então \sigma normalmente aumenta com a temperatura.
  • Em isolantes ideais a variação é pequena porque n continua extremamente baixa, mas em temperaturas muito altas podem ocorrer excitações que aumentam levemente \sigma.

Passo 6

Resumo conceitual para saber usar na hora da prova (regra prática):
  • Se o material permite passagem fácil de corrente (alta \sigma, muitos elétrons livres), é um condutor.
  • Se o material praticamente não permite corrente (extremamente baixa \sigma), é um isolante.
  • Se o material tem condutividade intermediária e a \sigma pode ser controlada (por exemplo por dopagem ou variação de temperatura), é um semicondutor.

Resposta

Condutor: material com condutividade elétrica alta (ordem de grandeza tipicamente \sigma \gtrsim 10^{6}\\ \mathrm{S/m}), com muitos portadores livres e que conduz corrente facilmente.
Isolante: material com condutividade elétrica muito baixa (ordens de grandeza típicas \sigma \lesssim 10^{-10}\\ \mathrm{S/m}), com praticamente nenhum portador livre em condições normais, impedindo a passagem de corrente.
Semicondutor: material com condutividade elétrica intermediária (valores que costumam ficar entre cerca de \,10^{-6} e 10^{4}\\ \mathrm{S/m}, dependendo de dopagem e temperatura), cuja condutividade pode ser modificada por dopagem, temperatura ou iluminação.

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