Defina em termos físicos, o que vem a ser um “isolante”;
Passo 1
O enunciado pede para definirmos, em termos físicos, o que é um “isolante”. Esse conteúdo envolve noções de transporte de carga em sólidos, condutividade elétrica e estrutura de bandas eletrônicas.
Passo 2
Em física dos sólidos, a capacidade de um material conduzir corrente elétrica depende da existência de portadores de carga livres (elétrons ou lacunas) e de sua mobilidade. Em geral usa-se a condutividade elétrica
e a resistividade
para quantificar isso. Materiais com muitos elétrons livres e boa mobilidade têm
grande (baixa
) e são condutores.
Passo 3
Na teoria de bandas, cada átomo contribui com níveis eletrônicos que, ao se combinarem, formam bandas de energia no sólido. O “gap” ou banda proibida é a diferença de energia entre a banda de valência (cheia) e a banda de condução (vazia). Se esse gap é grande—tipicamente algumas unidades de elétron-volts
—nenhum elétron da banda de valência ganha energia térmica suficiente para pular para a banda de condução à temperatura ambiente.
Passo 4
Sem elétrons livres na banda de condução, a condutividade elétrica cai a valores praticamente nulos
, o que corresponde a resistividades muito altas
.
Resposta
Um isolante é um material cuja banda de valência está completamente cheia e cuja banda de condução está vazia, separadas por um grande gap de energia. Fisicamente, isso impede a existência de portadores de carga livres, resultando em condutividade elétrica praticamente nula e resistividade muito alta.