Condutor elétrico

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Condutores são utilizados na confecção de linhas de transmissão de energia elétrica.

Condutores, no contexto da física e da engenharia elétrica, são materiais nos quais as cargas elétricas se deslocam de maneira relativamente livre. Quando tais materiais são carregados em alguma região pequena, a carga distribui-se prontamente sobre toda a superfície do material.^[1]
Nos sólidos que possuem elétrons livres, como os metais, é possível que a carga elétrica seja transportada através deles, por isso dizemos que são condutores de eletricidade.^[2] Nesses materias, o movimento de cargas elétricas é composto por cargas negativas.^[3] Materiais como o cobre, o alumínio e a prata são bons condutores.
Sais, quando dissolvidos ou fundidos, subdividem-se em partículas eletricamente carregadas que, agora livres, também permitem o movimento de cargas em seu interior.^[4]
Isolantes não permitem o movimento de cargas elétricas em seu interior. Entretanto, se a tensão elétrica aplicada em suas extremidades for superior a sua rigidez dielétrica, tornar-se-á um condutor.^[5]
Trabalhos realizados sobre uma nova classe de condutores, feitos a partir de polímeros, foi o motivo que concedeu o Nobel de Química de 2000 aos seus premiados.^[6][7]

Propriedades

Resistência

Ver artigo principal: Resistência elétrica

Quando uma tensão elétrica é aplicada entre duas extremidades de um condutor, uma corrente elétrica é estabelecida, fluindo de uma extremidade até outra. A oposição que o condutor faz à passagem dessa corrente, numa determinada tensão, pode ser caracterizada pela relação:

Onde é o valor da tensão aplicada, medida em Volts e é o valor da corrente fluindo pelo condutor, medida em Ampères. é a resistência elétrica, medida em Ohms.^[8][9]

Ôhmicos e não-ôhmicos

Em condutores ôhmicos, a relação tensão por corrente é linear, como a reta vermelha deste gráfico.

Condutores que apresentam sempre uma determinada corrente elétrica fluindo, em determinada tensão, consequentemente tem sempre a mesma resistência. Tais condutores são denominados ôhmicos, por obedecerem a lei de Ohm. Quaisquer outros condutores que não se comportem consistentemente com tal lei são denominados não-ôhmicos.^[9][10]

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Resistividade

Ver artigo principal: Resistividade elétrica

A propriedade elétrica que determina se um material apresenta grande ou baixa resistência á passagem da corrente elétrica é a denominada: resistividade elétrica, típica de cada material e representada pela letra grega ρ.Esta é mensurada através da resistência(R), área de seção transversal(A) e distância entre os pontos de condução(l).Sua fórmula é:
ρ = R*A/l
E sua unidade de medida é o ohm-metro (Ω-m).

Condutividade

Ver artigo principal: Condutividade elétrica

Mas para se determinar se um material é bom ou mau condutor usa-se outra grandeza elétrica: a condutividade,representada pela letra grega, σ (lê-se sigma) .Que nada mais é que o inverso da resistividade elétrica, ou seja:
σ = 1/ρ
Sua unidade de medida é o [(Ω-m)^-1].
Condutores: apresentam condutividade alta, em torno de 10^7 [(Ω-m)^-1].
Abaixo há uma tabela com os valores de condutividade elétrica para alguns metais e ligas:

Tabela de condutividade eletrica de diversos metais

Estrutura de banda de energia (sólidos)

A condutividade elétrica está ligada fortemente ao número de elétrons disponíveis para a condução e estes buscam preencher os estados de energia mais baixos (estabilidade) a não ser que sejam submetidos à ação de forças externas (campo elétrico, por exemplo). A banda de energia eletrônica (ou banda de valência) é formada por estados atômicos que se dividem em subestados, ou estados eletrônicos. Quanto mais externas as camadas eletrônicas mais estas contribuem para a formação da banda eletrônica que é formada pelos elétrons da camada de valência do átomo. A banda vazia (ou banda de condução), como seu nome diz, é onde ocorre a condução elétrica propriamente dita, o movimento ordenado de elétrons por meio de uma diferença de potencial (d.d.p.).Quanto mais distantes as bandas, menor a condutividade elétrica.^[11] Existem apenas quatro tipos de estruturas de bandas a 0K (zero absoluto), e estão mostradas na figura abaixo:

Estruturas de bandas a 0K.

a) Típica de metais que apresentam um elétron na camada s; b) Encontrada em outros metais, há superposição de bandas (vazia com preenchida); c) Típica de isolantes, apresenta grande espaçamento entre bandas (gap); d) Característica dos semicondutores, tem distância pequena (< 2 eV) entre as bandas.

Características

Nos metais há imperfeições na estrutura cristalina que os levam a alterar sua resistividade, e por consequência sua condução. Segue abaixo a representação equacional dos responsáveis pela resistividade dos metais:
ρtotal = ρt + ρi + ρd (regra de Matthiessen)
em que ρt, ρi e ρd, são, respectivamente, as contribuições das resistividades térmicas(vibrações), devido á impurezas, e da deformação (plástica).^[12]
Para os condutores, o aumento da temperatura resulta diretamente num aumento de resistividade, por conta de haver mais choques entre elétrons o que dificulta seu movimento ordenado. Tal aumento é linear e demonstrado pela fórmula:
ρt = ρo + αT
sendo ρo e α, constantes para cada material específico.