Porque utilizamos cobre de alta pureza como condutor em aplicações elétricas?
Passo 1
Beleza! A pergunta é: “Por que usamos cobre de alta pureza como condutor em aplicações elétricas?”
Conteúdo: física elétrica, mais especificamente resistividade de metais e influência de impurezas.
O que vamos precisar:
Conteúdo: física elétrica, mais especificamente resistividade de metais e influência de impurezas.
O que vamos precisar:
- Entender o que é resistividade elétrica e condutividade.
- Ver como impurezas afetam o movimento dos elétrons (modelo de Drude).
- Ver a relação matemática básica entre resistividade e tempo médio de colisão.
Passo 2
Primeiro, a gente lembra que a resistividade ρ de um metal no modelo de Drude é dada por:
onde
-
é a massa do elétron, -
é a densidade de elétrons livres, -
é a carga do elétron, -
é o tempo médio entre “colisões” dos elétrons com impurezas, fônons, etc.
Quanto maior for
, menor será
e, consequentemente, maior a condutividade
.
Passo 3
Agora vem o pulo do gato:
- Impurezas no metal funcionam como “obstáculos” para os elétrons, reduzindo
. - Menos impurezas = elétrons “batem” menos enquanto se movimentam =
maior. - Se
aumenta, diminui e a corrente flui com menos perda de energia (menos calor gerado).
Passo 4
No caso do cobre de alta pureza, o número de impurezas é mínimo. Resultado prático:
- Resistência elétrica bem baixinha.
- Menor dissipação de potência
. - Menos aquecimento do condutor e maior eficiência.
- Confiabilidade em sistemas de alta corrente ou alta tensão.
Resposta
Usamos cobre de alta pureza porque ele tem pouquíssimas impurezas, o que aumenta o tempo médio de colisão
dos elétrons, reduzindo a resistividade
e melhorando a condutividade elétrica. Isso resulta em menor perda de energia, menos calor e maior eficiência nas linhas e dispositivos elétricos.