Materias isolantes e magnéticos - Camilly Dreissig Stoll

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Materiais isolantes e magnéticos 
Camilly Dreissig Stoll 
UNIPAMPA – Universidade Federal do Pampa 
Alegrete – RS, Brasil 
camillystoll.aluno@unipampa.edu.br 
 
 
Resumo— O artigo aborda uma pesquisa bibliográfica sobre 
materiais isolantes e magnéticos de eletricidade com o objetivo de 
explicar o que são e quais suas aplicações. 
Palavras-chave: Materiais, isolantes, magnéticos, dielétricos. 
I. INTRODUÇÃO 
Os materiais isolantes e magnéticos podem ser encontrados 
nas mais importantes aplicações da engenharia como em outras 
importantes áreas do conhecimento. Seja em grandes máquinas, 
geradores e linhas de transmissão, até mesmo em pequenos 
dispositivos e condutores. 
Os materiais isolantes apresentam baixa condutividade 
elétrica e elevada resistência. A importância de estudar os 
materiais isolantes está no fato de que podem ser utilizados para 
a fabricação de componentes eletrônicos que tem a necessidade 
de evitar a passagem de corrente elétrica. 
Os materiais magnéticos apresentam propriedades 
magnéticas, fazendo com que atraiam outros corpos de forma 
natural (imãs) ou artificial. O estudo dos materiais magnéticos 
são fundamentais na indústria eletroeletrônica para a fabricação, 
por exemplo, de transformadores de tensão elétrica. Outra 
possível aplicação essencial corresponde aos eletroímãs 
empregados a diversos equipamentos eletrônicos. 
II. MATERIAIS ISOLANTES 
Os materiais isolantes elétricos (dielétricos) têm como 
característica principal o fato de os elétrons de sua camada de 
valência permanecerem rigidamente ligados aos seus átomos, 
fazendo com que não apresentem elétrons livres, o que impede 
ou dificulta a passagem de corrente elétrica. [1] Possuem 
também condutividades elétricas pequenas, sendo utilizados no 
confinamento de energia elétrica (para fins de segurança) ou de 
armazenamento energético (aumento da capacitância em 
capacitores). 
A. Isolantes para fins de segurança: 
Estes materiais tem grande importância para a proteção de 
pessoas e equipamentos. O revestimento de fios de eletricidade 
é um exemplo, pois permite que as pessoas possam tocar nos fios 
sem que sofram choques. Já para a proteção de equipamentos, 
um exemplo é a utilização de vernizes e filmes poliméricos 
isolantes nas bobinas de motores elétricos, o que causa um bom 
isolamento entre os fios das bobinas e evita curtos-circuitos (o 
que consequentemente pode causar a queima do motor). 
De acordo com as temperaturas máximas de trabalho de 
determinado equipamento, é necessária a utilização de diferentes 
tipos de materiais isolantes, isso ocorre porque os dielétricos são 
divididos em classes térmicas, de acordo com as temperaturas 
máximas que podem suportar sem perder sua confiabilidade. [2] 
 
Figura 1 – Tabela de classes térmicas de materiais isolantes 
B. Isolantes para armazenamento energético: 
Os isolantes elétricos podem ser utilizados no interior de 
capacitores, que são componentes capazes de armazenar energia 
elétrica na forma de campo elétrico. A maioria dos capacitores é 
fabricado enrolando dois filmes poliméricos metalizados, onde 
são justapostos e desfasados entre si, formando uma bobina 
como a da imagem a seguir. 
 
Figura 2 - Armaduras e dielétricos de um capacitor organizados na 
forma de bobina 
A bobina será colocada no interior da caneca do capacitor 
(região que ficará exposta ao ambiente) e em seguida será 
isolada do meio externo através do preenchimento da caneca 
com resina. O aumento da capacitância de capacitores que 
contêm dielétricos ocorre devido à polarização destes isolantes 
quando submetidos a um campo elétrico, o que ocorre por três 
mecanismos: 
1) Deslocamento espacial da nuvem de elétrons 
Os elétrons são partículas carregadas negativamente, sendo 
atraídos para a região de maior potencial de um campo elétrico. 
Assim, os elétrons se rearranjam em torno de um átomo de modo 
a ficar mais próximos o possível da região positiva. [2] 
2) Movimentação iônica 
Quando materiais iônicos são submetidos a um campo 
elétrico, seus íons se rearranjam de maneira que os cátions 
fiquem mais próximos à região de menor potencial e os ânions à 
de maior potencial. [2] 
3) Orientação de dipolos 
Existem materiais que são compostos por moléculas 
polarizadas (como a água) que são denominados dipolos 
permanentes e podem ser orientadas de modo similar ao que 
ocorre na polarização iônica. [2] 
Em todos os casos de polarização, ocorre uma orientação das 
cargas de maneira que produzam um campo elétrico em sentido 
oposto e menor intensidade ao que deu origem a polarização, 
atingindo um campo elétrico resultante de menor módulo sobre 
o capacitor. O campo elétrico é diretamente proporcional à 
diferença de potencial, portanto, ao adicionar um dielétrico a um 
capacitor que possuía vácuo entre suas armaduras, haverá uma 
diminuição da tensão sobre o componente. 
A capacitância é dada pela equação: 𝐶 =
𝑄
𝑉
, onde Q é a carga 
armazenada (não foi alterada com a adição do dielétrico), e 
verifica-se que uma diminuição na tensão (V) sobre o capacitor 
resulta em um aumento da sua capacitância. Ou seja, é possível 
construir capacitores menores mantendo o mesmo valor de 
capacitância, o que permite a redução dimensional destes 
componentes. [2] 
C. Perda da capacidade de isolamento 
Os materiais isolantes podem perder suas propriedades de 
isolamento de eletricidade. Normalmente eles possuem ligações 
iônicas ou covalentes entres seus átomos. Nas ligações iônicas 
os elétrons são atraídos pelos cátions, já nas ligações covalentes, 
os elétrons são atraídos pelos átomos que o compartilham. 
A força das ligações torna necessária uma grande quantidade 
de energia para que o elétron possa se movimentar, fazendo com 
que em condições normais poucos elétrons estejam disponíveis 
para conduzir eletricidade. Na medida em que é fornecida a 
energia para os elétrons (podendo ser por meio de tensão 
aplicada) estás partículas vão adquirindo energia até que possam 
se tonar elétrons livres. Quando o isolante recebe essa grande 
quantidade de energia, se torna condutor e os elétrons que são 
libertados passam a se mover juntos, podendo queimar, 
vaporizar ou fundir uma região localizada do material e provocar 
até mesmo danos irreversíveis. [2] 
D. Exemplos de materiais isolantes 
• Madeira; 
• Silicato; 
• Argila expandida; 
• Cerâmica de óxido; 
• Cortiça; 
• Borracha; 
• Cerâmica; 
• Óxido de alumínio; 
• Plástico; 
• Vidro; 
• Água; 
• Óleo; 
• Ar; 
• Diamante; 
• Porcelana. [3] 
E. Aplicações de materiais isolantes 
Cabos e linhas de transmissão: geralmente o material 
isolante é utilizado como revestimento protetor em condutores 
elétricos e cabos. Os núcleos de cabos que se toquem devem ser 
separados e isolados por meio de revestimento de isolamento em 
cada núcleo, por exemplo: polietileno, polietileno reticulado 
XLPE, cloreto de polivinilo-PVC, Teflon, silicone, etc. Os 
isoladores de disco suspenso (buchas) são usados em alta tensão 
na transmissão de cabos nus, onde são suportados por postes 
elétricos. [4] 
Sistemas eletrônicos: todos os aparelhos e instrumentos 
eletrônicos contêm PCB (placas de circuito impresso) com 
componentes eletrônicos diferentes. Os PCBs são fabricados 
com plástico epóxi e fibra de vidro. Todos os componentes 
eletrônicos são fixados na placa PCB isolada. [4] 
Sistema de energia: o óleo transformador é amplamente 
utilizado como um isolados para evitar arcos e transformadores, 
estabilizadores, disjuntores, etc. O óleo isolante pode suportar 
propriedades de isolamento até uma tensão elétrica especificada. 
O vácuo, gás (hexafluoreto de enxofre) e fio de cerâmica ou 
vidro são outros métodos de isolamento em sistemas de alta 
tensão. [4] 
Aparelhos portáteis domésticos: todos são isolados para 
evitar que o usuário sofra choque elétrico. O isolamento Classe 
1 contém apenas isolamento básico no fio e o corpo metálico é 
conectado à terra no sistema de aterramento principal– o 
terceiro pino na tomada de alimentação deve ser para a conexão 
à terra. O isolamento Classe 2 indica um dispositivo com 
“isolamento duplo” – todos os componentes elétricos internos 
devem estar totalmente fechados dentro de um corpo isolado, o 
que impedirá qualquer curto circuito com peças condutoras. [4] 
Fita isolante de cabo elétrico: é feito de vinil à medida que 
se alonga bem proporciona um isolamento eficaz e duradouro. 
[4] 
Equipamento de proteção pessoal: o EPI protege os seres 
humanos dos riscos de choque com circuitos elétricos, os 
principais são a proteção de cabeça isolante, proteção para os 
olhos e para o rosto, luvas isolantes e sapatos dielétricos. [4] 
Tapetes de borracha elétrica: as esteiras isolantes para uso 
elétrico têm uma ampla aplicação em varias subestações, usinas, 
etc. [4] 
III. MATERIAIS MAGNÉTICOS 
Materiais magnéticos são aqueles que possuem propriedades 
de atração ou repulsão sobre outros materiais. O magnetismo 
dos materiais tem origem na combinação entre o momento 
angular orbital e o momento angular de spin dos átomos, que dão 
origem aos dipolos magnéticos microscópicos, fazendo com que 
cada átomo se comporte como um minúsculo ímã. Ou seja, o 
magnetismo é uma propriedade dos materiais que tem origem na 
estrutura molecular. 
Os materiais magnéticos podem ser classificados em três 
tipos de acordo com o magnetismo: diamagnéticos, 
paramagnéticos e ferromagnéticos. Essa distinção é feita 
considerando-se a origem e a forma como os dipolos magnéticos 
interagem, são essas características que determinam como o 
material se comporta na presença de outro campo magnético. [5] 
A. Materiais diamagnéticos 
Os materiais diamagnéticos reagem de maneira oposta aos 
materiais ferromagnéticos ou aos materiais paramagnéticos. 
Eles repelem os ímãs e apresentam as seguintes características: 
1. O fenômeno diamagnetismo dos materiais é 
independente da temperatura; 
2. Materiais diamagnéticos repelem os ímãs; 
3. A magnetização tem um sentido oposto ao do campo 
magnético externo aplicado ao material. A 
susceptibilidade magnética do material é negativa 
(Xm < 0); 
4. A força diamagnética não é muito intensa; 
5. Só ocorre quando se tem um campo magnético 
aplicado ao material e tem um efeito temporário. [6] 
 
 
Figura 3 - Um ímã é repelido quando o aproximamos de um material 
diamagnético. 
B. Materiais paramagnéticos 
Os materiais paramagnéticos reagem, de maneira oposta aos 
materiais diamagnéticos, mas igual aos materiais ferroelétricos. 
Eles repelem os ímãs e apresentam as seguintes características: 
1. O fenômeno paramagnetismo dos materiais é 
fortemente dependente da temperatura; 
2. Materiais paramagnéticos atraem os ímãs; 
3. A magnetização tem o mesmo sentido do campo 
magnético externo aplicado ao material. A 
susceptibilidade magnética do material é positiva 
(Xm>0); 
4. A força paramagnética não é muito intensa, é mais fraca 
do que as forças exercidas por materiais 
ferromagnéticos; 
5. Só ocorre quando se tem um campo magnético aplicado 
ao material e, por isso, tem um efeito temporário. [7] 
 
Figura 4 - Materiais paramagnéticos são atraídos de maneira fraca 
pelos imãs. 
 
Os materiais paramagnéticos são aqueles para os quais os 
átomos, quando estão na ausência de um campo magnético 
externo, exibem um momento de dipolo magnético (valendo 
para cada um dos átomos). O que não significa que haja 
magnetização, porque a tendência da orientação dos átomos 
seria ao acaso levando a uma soma dos momentos de dipolo 
diferente de zero. [7] 
 
Figura 5 - Na ausência de um campo externo, a tendência dos 
momentos de dipolo é de se orientarem ao acaso. 
Quando aplicado um campo magnético externo a tendência 
é do momento de dipolo magnético se alinhar ao campo 
magnético aplicado ao material. Assim, é alterada a distribuição 
dos momentos de dipolos magnéticos. O material mediante a 
aplicação de um campo magnético externo há de se magnetizar. 
As propriedades dos paramagnéticos ocorrem devido a dois 
efeitos: a existência de elétrons não emparelhados e à alteração 
no momento de dipolo dos átomos devido aos campos 
magnéticos externos. [7] 
 
Figura 6 - Um campo magnético externo irá orientar os momentos de 
dipolo preferencialmente na direção e sentido do campo externo. 
C. Materiais ferromagnéticos 
Os materiais ferromagnéticos, como os ímãs, apresentam as 
seguintes características: 
1. O fenômeno ferromagnetismo depende da temperatura, 
ele se anula para uma temperatura especifica, a qual 
varia de material para material; 
2. Os materiais ferromagnéticos atraem os ímãs e são 
atraídos por eles; 
3. A magnetização é influenciada pela aplicação de um 
campo magnético externo ao material. Ela depende de 
uma forma não linear do campo aplicado; 
4. As forças exercidas por materiais ferromagnéticos 
tendem a ser mais intensas; 
5. No caso dos ímãs, a magnetização tem um caráter 
permanente, mas se altera mediante um campo 
magnético externo aplicado ao material. [8] 
D. Exemplos de materiais magnéticos 
• Ferro; 
• Cobalto; 
• Níquel; 
• Bismuto; 
• Germânio; 
• Grafite; 
• Gases nobres; 
• Magnésio; 
• Ferrite; 
• Aço suave. [9] 
 
E. Aplicações de materiais magnéticos 
Nas aplicações tradicionais, como motores, geradores e 
transformadores, os materiais magnéticos são utilizados em três 
categorias principais: 
1. Ímãs permanentes: que tem a propriedade de criar 
um campo magnético constante; 
2. Materiais magnéticos doces (ou permeáveis): que 
são magnetizados e desmagnetizados com 
facilidade e produzem um campo magnético muito 
maior ao que seria criado apenas por uma corrente 
enrolada na forma de espiral; 
3. Gravação magnética: essa aplicação é baseada na 
propriedade que o cabeçote de gravação tem de 
gerar um campo magnético em resposta a uma 
corrente elétrica. Com esse campo, é possível 
alterar o estado de magnetização de um meio 
magnético próximo, o que possibilita armazenar 
nele a informação contida no sinal elétrico. [10] 
 
IV. CONCLUSÃO 
A partir dos assuntos discutidos, podemos observar a 
importância dos materiais isolantes e magnéticos. Os dielétricos 
por exemplo, são essenciais a todos projetos elétricos por 
desempenharem o papel de proteção para consumidos e 
elementos elétricos, já os materiais magnéticos cumprem a 
tarefa crucial no funcionamento e composição de dispositivos 
elétricos dos mais variados tipos. 
REFERÊNCIAS 
 
[1] NASCIMENTO, Lincoln Ribeiro. Materiais Isolantes e Magnéticos. 
Disponível em: https://www.passeidireto.com/arquivo/92806342/5-
materiais-isolantes-e-materiais-magneticos. Acesso em 15 fev. 2022 
[2] MARTENDAL, Caroline. Materiais Dielétricos. Disponível em: 
https://engenheirodemateriais.com.br/2015/11/04/materiais-dieletricos/. 
Acesso em 15 fev. 2022 
[3] GearTech. Conheça 10 condutores e 10 isolantes elétricos. Disponível 
em: https://geartechbr.com.br/conheca-10-condutores-e-10-isolantes-
eletricos/. Acesso em 16 fev. 2022 
[4] Mecânica Industrial. Isolantes utilizados na engenharia. Disponível em: 
https://www.mecanicaindustrial.com.br/materiais-isolantes-utilizados-
em-engenharia-eletrica/. Acesso em 16 fev. 2022 
[5] TEIXEIRA, Mariane Mendes. Classificação dos materiais magnéticos. 
Disponível em: https://www.preparaenem.com/fisica/classificacao-dos-
materiais-magneticos.htm. Acesso em 16 fev. 2022 
[6] MARQUES, Gil da Costa. MATERIAIS DIAMAGNÉTICOS. 
Disponível em: 
https://efisica2.if.usp.br/pluginfile.php/7657/mod_resource/content/1/30-
%20Materiais%20Diamagneticos.pdf. Acesso 17 fev. 2022 
[7] MARQUES, Gil da Costa. MATERIAIS PARAMAGNÉTICOS. 
Disponível em: 
https://efisica2.if.usp.br/pluginfile.php/7673/mod_resource/content/0/32-
%20Materiais%20paramagn%C3%A9ticos.pdf. Acesso 18 fev. 2022 
[8] MARQUES, Gil da Costa. MATERIAIS FERROMAGNÉTICOS. 
Disponível em: 
https://efisica2.if.usp.br/pluginfile.php/7659/mod_resource/content/1/33-
%20Materiais%20Ferroel%C3%A9tricos.pdf. Acesso 18 fev. 2022 
[9]SULMAG. Materiais Magnéticos. Disponível em: 
https://www.sulmag.com.br/materiais-magneticos. Acesso 19 fev. 2022 
[10] KNOBEL, Marcelo. Aplicações do magnetismo. Disponível em: 
https://cienciahoje.org.br/artigo/aplicacoes-do-
magnetismo/#:~:text=Nas%20aplica%C3%A7%C3%B5es%20tradicion
ais%2C%20como%20em,que%20s%C3%A3o%20magnetizados%20e%
20desmagnetizados. Acesso 19 fev. 2022