É possível conduzir corrente elétrica por meio de um material isolante? Justifique sua resposta.
Passo 1
O enunciado pergunta se um material isolante pode conduzir corrente elétrica e pede uma justificativa baseada na física dos materiais. O conteúdo envolvido é condução elétrica em sólidos, portadores de carga e teoria de bandas.
Passo 2
Em geral, corrente elétrica resulta do movimento de portadores de carga livres. Definimos a densidade de corrente como
onde
é a densidade de portadores (elétrons ou lacunas),
a carga de cada portador e
a velocidade de deriva. Alternativamente, em regime estacionário, escreve-se
com
a condutividade elétrica e
o campo elétrico aplicado.
Passo 3
Na teoria de bandas de sólidos, diferencia-se:
– Condutores: banda de valência parcialmente ocupada ou banda de condução sobreposta, gerando muitos elétrons livres ( grande).
– Isolantes: banda de valência totalmente preenchida e banda de condução muito afastada (gap grande), de modo que em condições térmicas usuais.
– Condutores: banda de valência parcialmente ocupada ou banda de condução sobreposta, gerando muitos elétrons livres (
– Isolantes: banda de valência totalmente preenchida e banda de condução muito afastada (gap grande), de modo que
Passo 4
Como em um isolante ideal não há portadores livres (
) e a condutividade é praticamente nula (
), a expressão
implies que não flui corrente elétrica mensurável.
Passo 5
Entretanto, se aplicarmos um campo elétrico muito intenso, alguns elétrons podem ganhar energia suficiente para pular o gap de energia (processo de avalanche) ou ionizar o meio, levando à quebra dielétrica. Nesse caso, o material isolante passa a conduzir uma corrente de fuga até sofrer dano.
Resposta
Em condições normais, não é possível conduzir corrente elétrica por um isolante, pois ele não possui portadores de carga livres (
,
). Só sob alto campo elétrico ocorre quebra dielétrica e surge uma corrente de fuga.