Condutores semicondutores e isolantes
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Condutores semicondutores e isolantes


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UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ
EROS TALEL DOS SANTOS
LUIZ EDUARDO FERNANDES DA SILVA
PABLO DIOVANY PINTO DA SILVA
MATERIAIS CONDUTORES, SEMICONDUTORES E ISOLANTES
CURITIBA
2017
EROS TALEL DOS SANTOS
LUIZ EDUARDO FERNANDES DA SILVA
PABLO DIOVANY PINTO DA SILVA
MATERIAIS CONDUTORES, SEMICONDUTORES E ISOLANTES
Trabalho apresentado no curso de Engenharia Elétrica da Universidade Tuiuti do Paraná, como requisito avaliativo do 2º bimestre da disciplina de Química Tecnológica.
Professor: Doutor Carlos Eduardo Delay.
CURITIBA
2017
RESUMO
O trabalho irá descrever os conceitos básicos dos materiais condutores, semicondutores e isolantes analisando as estruturas físico-químicas dos elementos apresentados, demonstrando as relações entre as características elétricas, magnéticas e ópticas dos materiais com as suas propriedades estruturais visando sua aplicação em dispositivos de engenharia elétrica. 
Palavras-chave: Condutores, semicondutores e isolantes.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO	7
2 CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS	8
2.1 RESISTIVIDADE	8
2.2 EFEITO JOULE	10
3 MATERIAIS CONDUTORES	11
3.1 Características dos Condutores	11
3.2 VARIAÇÃO da resistividade com a temperatura e a frequência	12
3.3 Resistência de contato nos metais	14
3.4 Materiais de alta condutividade	15
3.5 prata	15
3.5.1 CARACTERíSTICAS	15
3.5.2 CARACTERíSTICAS físico/químicas	16
3.5.3 Aplicações	16
3.6 cobre	17
3.6.1 CARACTERíSTICAS	17
3.6.2 CARACTERíSTICAS físico/químicas	18
3.6.3 APLICAÇÕES	18
3.6.4 lIGAS DO COBRE	19
3.7 Alumínio	19
3.7.1 CARACTERíSTICAS	19
3.7.2 CARACTERíSTICAS físico/químicas	20
3.7.3 APLICAÇÕES das ligas de aluminio	21
3.8 Estanho	23
3.8.1 Características	23
3.8.2 Principais Ligas	23
3.8.3 Aplicações	23
3.9 Ouro	24
3.9.1 Características	24
3.9.2 CARACTERíSTICAS físico/químicas	25
3.9.3 Ligas do ouro	26
3.9.3 Aplicações	26
3.10 Platina	27
3.11 zinco	28
3.12 ferro	29
5 CONCLUSÃO	31
6 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS	32
1 INTRODUÇÃO
Observamos que em todos os segmentos da vida diária dependem de materiais, incluindo: transporte, residências, vestimenta, meios de comunicação, processamento de dados, comércio, lazer, produção de alimentos, itens de saúde, ensino, geração e transporte de energia e muitos outros. Assim, o conhecimento e habilidade em produzir e manipular materiais afeta diretamente o nível de vida da população. O nível de desenvolvimento de um povo está diretamente relacionado à sua habilidade em produzir e manipular os materiais. As culturas passadas foram classificadas em: idade da pedra, idade de bronze, e a idade da cultura atual, das décadas em torno da virada do terceiro milênio, é idade do silício. Isto não constitui um exagero considerando, o silício ser o material base para a fabricação de componentes eletrônicos e que os sistemas eletrônicos estão presentes na grande maioria das atividades humanas, incluindo transporte (automóveis, aviões, trens, foguetes espaciais, etc.) comunicações, computação, controle de processos industriais, medicina, instrumentos de análise e de pesquisa em todas as áreas, esporte e muitas outras. É complicado imaginar uma atividade que não tenha alguma dependência, se não direta, indireta com algum sistema eletrônico. Como dependência indireta entende se a produção de utensílios usados na atividade, a análise de resultados da atividade, o transporte e/ou comercialização de bens e muitos outros exemplos. 
Os materiais condutores, semicondutores e isolantes são encontrados em todas as partes, desde os transistores presentes nos processadores até as grandes redes de alta tensão. É através da natureza desses materiais e de suas propriedades atômicas que ocorrem efeitos elétricos como a tensão e a corrente elétrica, parâmetros amplamente avaliados durante a análise ou desenvolvimento de um projeto elétrico. Muitas vezes a correta escolha dos materiais para um empreendimento elétrico pode reduzir significativamente problemas relacionados a custos e características especificas demandadas, sejam elas físicas ou elétricas. Assim, torna-se necessário conhecer o s conceitos básicos relacionados a estes componentes, bem como os principais elementos químicos e suas formas de aplicação. 
Este trabalho terá como propósito, explorar os principais conceitos relacionados aos materiais condutores, semicondutores e isolantes, demonstrando suas características químicas, físicas e elétricas básicas.
2 CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS
2.1 RESISTIVIDADE
Os materiais podem ser definidos com base no valor da resistividade do material. A resistividade elétrica é uma propriedade que define o quanto um material opõe-se à passagem de corrente elétrica, de forma que: quanto maior for a resistividade elétrica de um material, mais difícil será a passagem da corrente elétrica, e quanto menor a resistividade, mais ele permitirá a passagem da corrente elétrica. 
Quando um material é submetido a uma diferença de potencial, é estabelecida uma corrente elétrica entre os seus terminais, que é caracterizada pelo movimento das cargas elétricas livres em seu interior. Durante esse movimento desordenado das cargas, vários elétrons chocam-se uns com os outros e com os átomos que constituem o condutor, o que dificulta a passagem da corrente elétrica. Essa dificuldade é denominada resistência elétrica.
A resistência elétrica depende das seguintes características:
Do tipo de material que é feito o condutor.
Do comprimento, pois quanto maior for o comprimento do condutor, maior será a resistência, pois maior será o espaço que as cargas elétricas percorrerão, aumentando a probabilidade de colisões internas e perda de energia.
Da área, pois quanto maior for a área de seção transversal, menor será a resistência do condutor, uma vez que é mais fácil a passagem das cargas elétricas por uma área maior.
Conhecendo essas relações de proporcionalidade entre a resistência e as características do condutor, podemos obter uma equação para a resistência elétrica:
R = (\u3c1 x L) / A
Onde:
\u3c1 é a resistividade elétrica específica do material;
L é o comprimento do condutor;
A é a área de seção transversal do condutor.
A unidade de medida da resistividade elétrica no SI é \u3a9.m. (Ohm metros); 
A resistividade elétrica depende da temperatura. Por exemplo, nos materiais condutores a resistividade aumenta com o aumento da temperatura e nos isolantes diminui. A tabela abaixo demonstra a resistividade de alguns materiais a 20°C.
	Material
	Resistividade a 20 °C
	Prata
	1.59×10\u22128
	Cobre
	1.72×10\u22128
	Ouro
	2.44×10\u22128
	Alumínio
	2.82×10\u22128
	Tungstênio
	5.60×10\u22128
	Niquel
	6.99×10\u22128
	Latão
	0.8×10\u22127
	Ferro
	1.0×10\u22127
	Estanho
	1.09×10\u22127
	Platina
	1.1×10\u22127
	Chumbo
	2.2×10\u22127
	Manganin
	4.82×10\u22127
	Constantan
	4.9×10\u22127
	Mercúrio
	9.8×10\u22127
	Nicromo
	1.10×10\u22126
	Carbono
	3.5×10\u22125
	Germânio
	4.6×10\u22121
	Silício
	6.40×102
	Vidro
	1010 a 1014
	Ebonite
	aprox. 1013
	Enxofre
	1015
	Parafina
	1017
	Quartzo (fundido)
	7.5×1017
	PET
	1020
	Teflon
	1022 a 1024
Tabela 01 \u2013 Resistividade de alguns materiais sob uma temperatura de 20°C
A resistividade está diretamente relacionada com a perda de energia na forma de calor (efeito Joule) que ocorre em qualquer material percorrido por corrente elétrica devido ao choque dos elétrons com os seus átomos. Desta forma, quanto menor a resistividade do material, menores serão as perdas de energia e melhor será o material para o transporte da corrente elétrica.
2.2 EFEITO JOULE
Um elétron normal que se desloca pela rede cristalina de um condutor vai se chocando com os átomos da rede, perdendo energia e aquecendo o material. Isso é chamado de "efeito Joule" e ocorre em todo condutor normal. 
Na condução nos sólidos os elétrons livres podem se deslocar com um movimento que depende