Artífice da Construção Civil

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Aula 02 - Materiais Condutores, Isolantes e Semicondutores 
 
Curso: Noções de Eletricidade com Segurança – Professor Walter Luis Gonçalves Nunes 
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Introdução a Condutor e Isolantes 
 
Discutiremos a seguir dois outros conceitos fundamentais (condutor e isolante), os 
quais, formam a base para a Eletrostática. 
 
A resistência elétrica depende da natureza do material. Portanto, é classificada em 
três grupos: 
 
Material condutor 
 
Material condutor é o que possui baixíssima resistência, isto é, deixa a corrente 
passar facilmente. Ex: prata, cobre, alumínio, etc. 
 
Material isolante 
O material isolante possui altíssima resistência, isto é, oferece muita dificuldade à 
passagem da corrente. Ex: porcelana, vidro, plástico, borracha, papel. 
 
Materiais resistivos 
 
Resistivos são os materiais que oferecem resistência intermediária. São 
empregados em resistores, tais como: 
- resistor de aquecimento: níquel – cromo 
- resistor de lâmpadas: tungstênio 
- resistor para quedas de tensão: carvão 
 
Denominamos condutor elétrico todo meio material que permite a movimentação de 
cargas elétricas no seu interior. Se essa movimentação não puder ocorrer, o meio 
constituirá um isolante elétrico. Os condutores elétricos mais comuns são metais, 
que se caracterizam por possuírem grande quantidade de elétrons-livres, ou que 
estão fracamente ligados ao átomo. 
 
 
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A condutividade elétrica de alguns materiais 
pode ser explicada por sua estrutura atômica. 
No caso dos metais, os elétrons das camadas 
mais externas (ou seja, mais afastados dos 
núcleos) estão fracamente ligados aos núcleos 
dos átomos e, por isso, movem – se com 
facilidade: são chamados de elétrons livres. 
Os átomos constituintes da estrutura dos 
metais podem facilmente ceder ou recebe-os outros e, ao elétrons livres uns dos 
outros e, ao fazerem isso, conduzem eletricidade. 
 
Alguns metais, como o cobre e o ferro, possuem a sua última camada eletrônica 
instável, ou seja, essa última camada possui uma grande facilidade para perder 
elétrons. 
 
Por possuírem uma grande facilidade de perder 
elétrons, os metais são utilizados largamente na 
fabricação de fios condutores de eletricidade e 
eletroeletrônicos. Tal fato de perder elétrons nos 
permite dizer que os metais possuem um bom 
fluxo de elétrons em seu interior. 
 
Os materiais condutores elétricos possuem três tipos: 
 Condutores Sólidos. 
 Condutores Gasosos. 
 Condutores Líquidos. 
 
Condutores Sólidos - também chamados de condutores metálicos, caracterizam-
se pelo movimento dos elétrons livres e pela forte tendência de doar elétrons; 
normalmente os metais como: ouro, prata, cobre e outros sólidos. 
 
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Nos metais, quando submetido a uma diferença de potencial, a corrente elétrica é 
constituída por elétrons livres movimentando se, sendo atraído pelo polo positivo e 
repelidos pelo polo negativo. 
 
Condutores Gasosos 
 
Também conhecidos como condutores de terceira classe ou de terceira categoria, 
os condutores gasosos têm como portadores de cargas os íons positivos que são 
tecnicamente conhecidos como cátion, e os íons negativos que são tecnicamente 
conhecidos como ânions. A produção de energia ocorre quando os cátions e os 
ânions se colidem. 
 
Como exemplo podemos citar o sódio, o fósforo, o 
mercúrio, o néon, etc. Nesses condutores, ocorre o 
movimento ordenado de ânions e elétrons para o pólo 
positivo e de cátions para o negativo. Os gases em 
geral são isolantes, mas, quando ionizados tornam-se 
condutores. 
 
Condutores Líquidos 
 
Também conhecidos como condutores eletrolíticos, os condutores líquidos geram 
corrente elétrica quando os íons positivos que são tecnicamente conhecidos como 
cátions e os íons negativos que são tecnicamente conhecidos como ânions 
percorrem sentidos discordantes, ou seja, criam nesse movimento uma dissolução 
iônica. 
 
Podemos citar como exemplo as soluções básicas ácidas ou salinas. Numa solução 
salina, água pura com sal de cozinha (NaCl), onde aparecem cátions (íons 
positivos) Na+ e ânions (íons negativos) Cl-. Temos íons quando um átomo ganha 
ou perde elétrons. 
 
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Ao colocarmos na solução duas placas condutoras ligadas a uma bateria, os cátions 
Na+ formarão uma corrente elétrica dirigindo-se ao pólo negativo, e os ânions Cl- 
formarão uma corrente dirigindo-se ao pólo positivo. 
 
 
O que são condutores de primeira classe? 
 
Condução eletrônica ou condução metálica. Nos metais a corrente elétrica é 
constituída pelo movimento de elétrons que vão passando de um átomo a outro com 
grande facilidade. Os metais são chamados condutores de primeira classe. 
 
Por que o cobre é um bom condutor de eletricidade? 
 
Um bom condutor é aquele que oferece a menor resistência para o fluxo da 
corrente. A energia elétrica é transmitida através dos condutores por meio do 
movimento dos elétrons livres que passam de átomo a átomo dentro do condutor. O 
cobre é considerado um bom condutor pois possui uma grande quantidade de 
elétrons livres 
 
Os materiais mais usados para a fabricação de condutores elétricos são o cobre e o 
alumínio. Ainda que ambos os metais tenham uma condutividade elétrica excelente, 
o cobre constitui o elemento principal na fabricação de condutores pelas suas 
notáveis vantagens mecânicas e elétricas. 
 
A principal razão para utilizar o cobre em sistemas elétricos é sua excelente 
condutividade elétrica. O cobre apresenta a resistência elétrica mais baixa entre 
todos os metais não-preciosos. ... Além dos supercondutores, quatro metais 
merecem destaque por sua condutividade elevada: a prata, o ouro, o cobre e o 
alumínio. 
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Isolantes 
 
Os isolantes elétricos são materiais que oferecem uma alta resistência e dificultam 
bastante a passagem da corrente elétrica. 
 
Devido à sua estrutura com os elétrons fortemente ligados ao núcleo atômico, o 
número de elétrons livres do material isolante é baixíssimo e o espaço para a 
movimentação de elétrons é bem reduzido. 
 
Os isolantes térmicos são materiais que oferecem uma alta resistência à passagem 
de temperatura. Como em sua estrutura os elétrons são fortemente ligados ao 
núcleo atômico, eles não têm como se movimentar e colidir com os demais para 
transmitir uma temperatura. 
 
Os isolantes térmicos são muito usados para produzir garrafas ou objetos térmicos, 
mas também são usados em cabos condutores, pois aumentam a resistência ao 
calor gerado pela passagem de 
corrente. 
São exemplos de isolantes 
térmicos e elétricos os 
elementos e materiais abaixo: 
Isolante elétrico: Cerâmica, 
vidro, borracha, plástico, óleo, 
gases não ionizados, isopor, 
madeira, acrílico e outros. 
Isolante térmico: Madeira, ar, 
isopor, lã de vidro, cerâmica, 
terra e outros. 
 
Outros materiais, como o plástico e a borracha, não possuem a mesma 
característica que os metais, ao contrário do cobre e do ferro, não permitem a 
passagem dos elétrons. Os seus átomos possuem grande dificuldade em ceder ou 
receber elétrons em sua camada de valência. 
 
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Nos fios condutores de eletricidade, por exemplo, se utilizam materiais isolantes 
com o intuito de protegero circuito de possíveis curtos-circuitos, e os seres 
humanos de choques elétricos. No cotidiano os isolantes são largamente utilizados, 
como sapatos de borracha, fitas isolantes, cabos de fiação elétrica, etc. 
 
 
Essa distinção das substâncias em condutores e isolantes se aplica não apenas aos 
sólidos, mas também aos líquidos e aos gases. Dentre os líquidos, por exemplo, são 
bons condutores as soluções de ácidos, de bases e de sais; são isolantes muitos 
óleos minerais. Os gases podem se comportar como isolantes ou como condutores, 
dependendo das condições em que se encontrem. 
 
Para simular o comportamento dos condutores e isolantes, apresentamos a seguir a 
Figura abaixo, as duas esferas que são metálicas e que estão uma eletricamente 
neutra e a outra altamente carregada; 
 
 
Estes dois experimentos, simples, sugerem-nos a idéia de dividir todas as 
substâncias em duas classes, através de sua capacidade de remover ou não a 
eletrificação de um corpo eletrificado. A classe daqueles que podem anular a 
eletrificação serão chamados de "condutores" enquanto que aqueles que não 
podem anular serão chamados por "isolantes". 
 
 
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O corpo humano é conhecido ser do tipo condutor. Isto significa que se tocamos, 
bola eletrificada com a mão, por apenas um bilionésimo de segundo, verificamos 
que esta ainda retém uma certa quantidade de carga. Então, seremos mais 
coerentes se classificarmos as substâncias por bons e maus condutores. 
 
Mostraremos numa tabela alguns condutores e alguns isolantes: 
Bons Condutores Bons Isolantes 
Metais em geral Vidro 
Cobre Baquelite 
Ferro Borracha 
 Água Plástico 
Papel de Alumínio Cerâmica 
Grafite Madeira 
 
Um corpo é bom condutor de eletricidade quando é constituído de átomos que 
possuem elétrons fracamente ligados a seus núcleos, e podem ser arrancados com 
facilidade aplicando um campo elétrico externo. 
 
Um corpo é mau condutor ou isolante quando é constituído de átomos que 
possuem fortemente ligados a seus núcleos, e para arrancá-los faz-se necessário 
aplicar um campo elétrico externo muito forte. 
 
Um isolante pode tornar-se condutor? 
 
Sob condições especiais, como altas temperaturas, tensão mecânica ou enormes 
diferenças de potencial, os materiais isolantes tornamse condutores. Quando isso 
acontece, a corrente elétrica que os atravessa geralmente causa um grande 
aquecimento em razão do efeito Joule, ou seja, devido às colisões entre os elétrons 
e os átomos que constituem o material em questão. 
 
 
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O exemplo mais simples de ruptura da rigidez dielétrica é a da formação dos raios: o 
campo elétrico que se forma entre as nuvens carregadas e o solo é tão grande que 
o ar torna-se ionizado, permitindo que os elétrons saltem de átomo para átomo. 
Entretanto, mesmo sendo capaz de conduzir a corrente elétrica, o ar volta a tornar-
se um meio isolante após a descarga atmosférica. 
 
Assim como existe os condutores e isolantes, existe também um 
meio termo entre eles que são os chamados semicondutores. 
Esse tipo de material, como o silício (Si) e o germânio (Ge), é 
muito utilizado na indústria eletrônica para a fabricação de 
componentes eletrônicos, como, por exemplo, os transistores. 
 
Diodo 
 
É um componente eletrônico que permite a passagem de corrente 
elétrica em apenas um sentido. É muito utilizado para retificar sinal 
alternado, retificação de Sinal de Áudio, detecção de sinal de rádio e 
etc. A imagem a seguir mostra a representação do diodo usada em 
eletrônica e o componente real. 
 
Semicondutores são sólidos geralmente cristalinos de condutividade elétrica 
intermediária entre condutores e isolantes. 
 
Os semicondutores são em muitos pontos semelhantes aos materiais cerâmicos, 
podendo ser considerados como uma subclasse da cerâmica. 
 
Do ponto de vista atômico, nos materiais isolantes, os elétrons estão fortemente 
ligados aos núcleos. Diferentemente, em um bom condutor, os elétrons estão 
fracamente ligados aos núcleos e podem em geral moverem-se livremente pelo 
metal. Estes elétrons são comumente denominados por elétrons livres ou elétrons 
de condução. 
 
Em resumo, podemos dizer que nos metais existem muitos elétrons livres, nos 
semicondutores poucos e nos isolantes quase nenhum.