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 \sigma e a resistividade \rho=1/\sigma para quantificar isso. Materiais com muitos elétrons livres e boa mobilidade têm \sigma grande (baixa \rho) 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 \eV—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 \sigma\approx0, o que corresponde a resistividades muito altas \rho\gtrsim10^{9}\,\Omega\cdot\m.

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.

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