Relatório 05 CONDUTIVIDADE EM MEIOS LÍQUIDOS(1)

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CONDUTIVIDADE ELÉTRICA EM MEIOS LÍQUIDOS
Física Teórica e Experimental III (CCE-0850)
Autores: Alice Taynara Anjos da Silva
Carlos Joarez Gomes de Carvalho
José Ricardo Dórea Rêgo
Romário Nunes Lima
Turma: 3005 (4º período) 
Prof. Dr. Cochiran Pereira dos Santos
Data: 05 de abril de 2017
Aracaju, Se
INTRODUÇÃO
Na natureza, as cargas elétricas estão presentes em todos os materiais. Basicamente, todos os materiais são compostos de moléculas constituídas de átomos. Estes são compostos por partículas menores, os prótons, os elétrons e os nêutrons. Os nêutrons não possuem carga elétrica. Já os prótons possuem carga elétrica positiva e os elétrons possuem carga elétrica negativa. O valor da carga elementar é constante. São pacotes quantizados, de intensidade igual a C para o próton e C para o elétron. Portanto, um átomo neutro possui mesmo número de prótons e elétrons.
O núcleo atômico é composto pelos prótons e nêutrons. Já os elétrons estão situados mais nas regiões externas do átomo. As forças responsáveis pela coesão nuclear são a força nuclear forte e a força nuclear fraca. Estas forças têm intensidade suficiente para vencer as forças de repulsão eletrostática entre os prótons, dado que cargas de mesmo sinal se repelem. Desta forma, o núcleo atômico encontra-se numa configuração na qual os nêutrons e prótons ficam relativamente bastante próximos conforme mostra a figura 01.
Figura 1: átomo de carbono-12
Os elétrons ficam a uma distância relativamente grande do núcleo atômico, sujeito às forças de atração eletrostática, devido ao fato de o núcleo ter carga positiva e os elétrons tem carga negativa. Mas se atuassem somente as forças de atração, os elétrons colapsariam e ocupariam o núcleo atômico. Segundo o Modelo Atômico de Bohr, isto não acontece porque os elétrons executam movimentos circulares em torno do núcleo atômico. Em razão disto, surgem as forças de repulsão. E são estas forças que mantém os elétrons em órbitas estáveis. Os elétrons podem mudar de nível em sua órbita.
Especialmente os elétrons da camada mais externa podem até serem extraídos do átomo. Neste caso, eles podem ocupar um átomo vizinho. Sendo assim, ocorreu uma mudança na carga elétrica dos átomos envolvidos na troca. Se o átomo que cedeu o elétron inicialmente estava neutro, depois do processo adquire carga elétrica positiva. Já o átomo que adquiriu o elétron ficou então com carga negativa. Este é um processo de transferência de elétrons. Este tipo de transferência pode ocorrer de várias formas. Dentre as possibilidades, num processo de atrito, de condução ou de indução.
Em geral, o processo de condução elétrica acontece nos metais. Este tipo de substância possui um bom ordenamento em sua estrutura cristalina, e também elétrons livres que podem se locomover através da rede de átomos. Os elétrons se movimentam em virtude das diferenças de potencial aplicadas nas extremidades deste material. Estas diferenças de potencial surgem devido à falta de elétrons em algumas regiões e à sobra de elétrons em outra região. A diferença de potencial está associada às forças de atração entre as cargas elétricas. Ou seja, a região de carga positiva, onde faltam elétrons, atrai os elétrons, de carga negativa.
Durante o deslocamento destas cargas ocorrem interações entre os elétrons e a cadeia de átomos. Isto causa alguma resistência ao movimento destes elétrons conforme mostra a figura 02.
Figura 02: representação de três elétrons em uma rede cristalina. Ao se mover pela rede de átomos, ocorrem perturbação da cadeia de átomos.
Esta resistência à passagem da corrente elétrica é devido à resistividade, que é uma característica de cada material. Matematicamente, esta resistividade elétrica é dada por:
ρ = R.S/l                                (1)
Nota-se que a resistividade é proporcional à resistência elétrica R e a área de seção transversal S do material e inversamente ao comprimento do material em questão. Ou seja, quanto maior a resistência medida em um material, para uma dada área de seção transversal reta e um determinado comprimento, maior será sua resistividade.
A condutividade elétrica é simplesmente o inverso da resistividade. Ou seja, quanto maior a resistividade, menor será a condutividade. É o que mostra a equação 2:
σ = 1/ρ ( 2 )
Os materiais são classificados como condutores quando a sua condutividade é maior que /Ω.m, semicondutores se sua condutividade estiver no intervalo entre /Ω.m e /Ω.m e isolantes se sua condutividade for menor que /Ω.m.
Os metais geralmente possuem ótima condutividade, na faixa de /Ω.m. Estes são os mais utilizados para as linhas de transmissão de energia elétrica, pois propiciam um menor desperdício. Devido a sua alta condutividade, há menos perdas por aquecimento da rede elétrica. A prata é ótimo condutor, mas o cobre é o mais aplicado pela melhor relação custo/benefício.
O fenômeno da supercondutividade é observado em alguns materiais e algumas ligas. Neste caso, a resistividade é nula, e a condutividade é infinita. Mas isto só é possível quando a substância se encontra a baixíssimas temperaturas.
OBJETIVOS
Verificar a condutividade de diversos líquidos e a capacidade de formar uma solução iônica.
MATERIAIS UTILIZADOS
Fonte de alimentação, medidor de condutividade com quatro leds, cabos, béquer e diversos líquidos.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
1ª Parte: com o aparato já montado previamente, ligue a fonte de alimentação e certifique-se que ela está em 12 V. Encoste os eletrodos (feche o circuito) e verifique se os quatro leds acendem com a intensidade máxima.
2ª Parte: coloque no béquer uma determinada quantidade de água destilada, introduza os eletrodos, que estão ligados em série com os leds e verifique se há condução total, parcial ou nula, conforme o número de leds acesos. Anote a condução na Tabela 1.
3ª Parte: coloque no béquer determinada quantidade de água potável, introduza os eletrodos, que estão ligados em série com os leds e verifique se há condução total, parcial ou nula. Anote a condução na Tabela 1.
4ª Parte: coloque no béquer determinada quantidade de água mineral, introduza os eletrodos, que estão ligados em série com os leds e verifique se há condução total, parcial ou nula. Anote a condução na Tabela 1.
5ª Parte: coloque no béquer determinada quantidade de água da piscina, introduza os eletrodos e verifique se há condução total, parcial ou nula. Anote a condução na Tabela 1.
6ª Parte: coloque agora no béquer determinada quantidade de água do mar, introduza os eletrodos e verifique se há condução total, parcial ou nula. Anote a condução na Tabela 1.
7ª Parte: coloque no béquer determinada quantidade de água destilada, introduza os eletrodos e acrescente lentamente cloreto de sódio (sal de cozinha) e verifique se há condução total, parcial ou nula no início, durante e ao final do processo. Anote todos os dados na Tabela 1.
Tabela 1: intensidade luminosa para o teste de condutividade em líquidos.
	
	Água
	Água
	Água
	Água da
	Água do
	Solução de água destilada e
	
	
	
	
	
	
	Cloreto de sódio (NaCl)
	
	Destilada
	Potável
	Mineral
	Piscina
	Mar
	
	
	
	
	
	
	
	Início
	Durante
	Final
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Condução
	 NULA
	PARCIAL
	PARCIAL
	PARCIAL
	TOTAL
	NULA
	PARCIAL
	TOTAL
	
	
	
	
	
	
	
	
	
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Pesquise sobre o significado de íon, solução iônica e o que vem a ser um cátion e um ânion.
Resposta: Íon - são átomos que perderam ou ganharam elétrons em razão de reações, eles se classificam em ânions e cátions; Solução iônica – são as soluções capazes de conduzir corrente elétrica, pois a condutibilidade deve-se à presença de íons no meio; Cátion - átomo que perde elétrons e adquire carga positiva; Ânion - átomo que recebe elétrons e fica carregado negativamente. 
Esperasse que a condutividadeem um líquido seja maior, menor ou igual a de um sólido?
Resposta: Menor que a de um sólido.
Na construção de um para-raios, o material do condutor deve apresentar alta ou baixa resistividade? Por quê? E o material de que é feito o isolador, como porcelana, deve apresentar alta ou baixa condutividade? Por quê?
Resposta: O material do condutor deve apresentar baixa resistividade porque assim ele será um bom condutor, pois quanto menor a resistividade melhor condutor será. Já o isolador, no caso da porcelana, apresenta baixa condutividade por não possuírem elétrons livres que permitem a corrente elétrica e ter assim a denominação de isolante, pois são eletricamente inertes.
 O princípio da condução elétrica é o mesmo da condução térmica, como em um metal. Explique por que isso acontece.
Resposta: Nos metais a condutividade térmica está relacionada com a condutividade elétrica uma vez que os elétrons de condução além de transferirem corrente elétrica transferem energia térmica, de acordo com a lei de Wiedemann-Franz. No entanto essa correlação só vale para metais.
CONCLUSÃO
Com base no que foi realizado no experimento e apresentado na teoria, percebe-se que a condutividade elétrica especifica a capacidade de condução de fluxos de cargas entre íons através das substâncias líquidas, podendo esta condução ser nula, parcial ou total a depender do tipo líquido utilizado e sua concentração, além de levar em consideração a posição dos eletrodos.
AVALIAÇÃO
Através deste relatório de experiência, em que a nota atribuída será de 0 (zero) a 10 (dez).
BIBLIOGRAFIA
EISBERG, R.; RESNICK, R. Física Quântica – Átomos, Moléculas, Sólidos, Núcleos e Partículas. Tradução de Paulo Costa Ribeiro, Ênio Costa da Silveira e Marta Feijó Barroso. Rio de Janeiro: Campus, 1979.
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física III, Eletromagnetismo. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora, 2012.
KÍTOR, Glauber Luciano. "Condutividade elétrica". Info Escola. Disponível em <http://www.infoescola.com/fisica/condutividade-eletrica>. Acessado em 06 de abril de 2017.
RAMOS, L. A. M. Roteiros para experimentos de Física. 1ª edição. São Paulo: Editora ABDR, 2002. 
SOUZA, Líria Alves de. "Íons". Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/quimica/ions.htm>. Acesso em 06 de abril de 2017.
UOL. “Soluções iônicas e moleculares”. Disponível em <http://manualdaquimica.uol.com.br/fisico-quimica/solucoes-ionicas-moleculares.htm>. Acessado em 06 de abril de 2017.