Aula 18 Estudo dos Condutores (4)

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Aula 18 – Volume II – Estudo dos 
Condutores
TECNOLOGIA DOS MATERIAIS – EL416
Introdução
Apesar de existirem mais de sete a oito dezenas de elementos 
metálicos na natureza, poucos são os metais utilizados pela 
engenharia elétrica como materiais condutores.
Os mais importantes são a prata, o cobre, o alumínio, o ferro e o 
ouro , este último menos por suas características condutoras e 
mais por sua importante função estrutural.
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Prata 
A prata é o melhor condutor elétrico conhecido:
◦ apresenta a menor resistividade entre todos os metais.
É um metal branco e brilhante, muito dúctil e maleável, com baixa 
dureza.
Tem a capacidade de facilmente se oxidar com o ambiente, 
entretanto a camada de óxido resultante é condutora:
◦ o oxido de prata, entre 200 e 300oC, se retransforma em prata.
Atenção para as atmosferas sulfurosas:
◦ nestes casos a camada resultante é isolante.
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Prata
Tipos comerciais da prata:
◦ prata Fina:
◦ 99,5% de pureza;
◦ prata Sterling:
◦ 92,5% de prata e 7,5% de cobre;
◦ prata de moedas:
◦ 90% de prata e 10% de cobre.
Aplicações da prata:
◦ fabricação de fusíveis, contatos elétricos, ligas diversas, fios especiais 
em aparelhos de medição de precisão, fios para correntes de alta 
frequência:
◦ fios prateados.
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Prata 
Principais características da prata:
Peso g/cm3 10,5
Ponto de fusão 0C 960
Ponto de evaporação 0C 2000
Coef. Dilat. Linear 0C-1 19x10-6
Condutiv. Térmica cal/ms 100
Capacidade cal. cal/g.0C 0,056
Coef. resist. Elét. 0C-1 40x10-4
Resist. tração Kgf/mm2 28
Resistividade μΏcm 1,59
Condutividade m/Ώmm2 62,5
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Prata
Outras observações:
◦ a prata é um metal precioso;
◦ cristaliza-se no sistema cúbico;
◦ fraca dureza:
◦ escala Brinell = 20;
◦ grande resistência à oxidação a quente:
◦ o óxido é bom condutor;
◦ a prata é muito dúctil e maleável.
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Cobre 
Muito embora seja o metal mais antigo em uso pelo homem, 
continua a ocupar lugar importante no setor elétrico atual, seja 
utilizado sob a forma de cobre puro ou sob forma de ligas.
O cobre e suas ligas, graças as suas propriedades elétricas e 
mecânicas, sua resistência à corrosão, e a facilidade de sua 
manufatura decorrente de sua ductilidade e maleabilidade são 
largamente utilizados, particularmente na indústria elétrica, que 
absorve mais de 50% da produção anual do cobre.
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Cobre
Principais vantagens:
◦ baixa resistividade elétrica;
◦ resistência mecânica suficientemente alta;
◦ estabilidade satisfatória à corrosão:
◦ se oxida menos que o ferro;
◦ boa ductilidade e maleabilidade;
◦ relativa facilidade com que pode ser soldado.
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Cobre
Principais características do cobre:
Peso g/cm3 8,86
Ponto de função 0C 1084
Ponto de evaporação 0C 2330
Capac. Calorífica cal/g.0C 94,1
Condut. Térmica cal/m.s.0C 0,092
Coef. Dilat. Linear 0C-1 17x10-6
Resist. à tração Kgf/mm2 22/35
Coef. Resist. Temp. ºC-1 43x10-4
Resistividade μΏcm 1,72
Condutividade m/Ώmm2 57,8
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Cobre
Em sistemas elétricos se apresenta para uso comercial sob as 
seguintes formas:
◦ cobre eletrolítico;
◦ cobre eletrolítico desprovido de oxigênio;
◦ ligas de cobre.
Cobre eletrolítico pode ser usado duro ou mole:
◦ estirado a frio (duro);
◦ recozido (mole).
Cobre eletrolítico mole foi objeto de acordo internacional:
◦ definição de padrões para este material.
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Cobre
Cobre eletrolítico padrão IACS (International Annealed Copper 
Standard):
◦ cobre eletrolítico que reúne as características definidas pelo acordo 
internacional “International Anneled Copper Standard”;
◦ condutividade do cobre eletrolítico padrão IACS é tomada como 
referência percentual 100% para efeito de comparação com outros 
metais (a resistência média da amostra foi determinada como 
0,15292  para um fio de cobre, com massa de 1g, seção transversal 
uniforme e 1m de comprimento, a 20 oC).
Cobre desprovido de oxigênio (OFHC):
◦ cobre de elevada condutividade;
◦ obtido sob condições especiais para evitar absorção de oxigênio;
◦ excelente resistência contra fadiga, vibrações e deformações.
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Cobre
Ligas de cobre:
◦ alta condutividade;
◦ média condutividade;
◦ para resistores.
Ligas de cobre de alta condutividade:
◦ ligas de cobre com outros metais em pequenas proporções:
◦ cobre + prata (0,08%) – 97 a 98% IACS;
◦ cobre + cádmio (0,8 a 1%) – 80 a 92% IACS;
◦ cobre + cromo (0,5 a 0,7%) – 80% IACS;
◦ cobre + telúrio (0,3 a 0,7%) – 94 a 98% IACS;
◦ cobre + zircônio (0,1 a 0,15%) – 90% IACS.
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Cobre
Ligas de cobre para resistores:
◦ estas ligas têm condutividade baixa (da ordem de 2 a 20% IACS) e se 
prestam para serem usadas como resistores:
◦ Cu-Ni, Cu-Mn-Ni e Cu-Zn-Ni, etc.;
Ligas de cobre de média condutividade:
◦ Bronzes:
◦ são ligas de cobre com 0,5 a 10% de estanho e apresentam uma 
condutividade entre 55 a 75% IACS;
◦ boa resistência mecânica e aos agentes atmosféricos:
◦ o bronze é sobretudo uma liga de fundição.
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Cobre 
Ligas de cobre de média condutividade:
◦ latões:
◦ são ligas de cobre e zinco em proporções variáveis e sua condutividade 
depende de sua composição;
◦ o latão 65/35 apresenta uma condutividade de 27% IACS;
◦ usado em aparelhagem de pequeno porte e baixa tensão.
◦ ligas de cobre e berílio:
◦ são ligas que contém 1,7 a 1,8% de berílio e apresentam uma 
condutividade de 24% IACS;
◦ notável dureza;
◦ alta resistência mecânica (tração);
◦ alta resistência a oxidação;
◦ grande resistência aos esforços alternados (fadiga).
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Cobre
Ligas de cobre de média condutividade:
◦ ligas de cobre-níquel-fósforo e cobre-níquel-silício:
◦ têm condutividade 60/40% IACS;
◦ excelentes qualidades mecânicas;
◦ boa resistência ao desgaste .
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Cobre
Aplicação industrial:
◦ indústrias elétricas e eletrônicas:
◦ componentes de radar e outros equipamentos eletrônicos, anodos para 
válvulas termoiônicas, condutores para lâmpadas, enrolamentos de 
rotores para geradores e motores de grande porte, contatos e chaves 
interruptoras, componentes de rádio e TV, etc.
◦ indústrias químicas:
◦ caldeiras, tachos, alambiques, tanques, autoclaves, equipamentos para 
indústria alimentícia, utensílios para confecção de alimento, etc.
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Cobre 
Aplicação industrial:
◦ indústrias mecânicas:
◦ permutadores de calor, radiadores e juntas para indústria automotiva, 
objetos estampados, pregos, rebites, chapas para fotogravuras;
◦ produtos que requeiram facilidade de usinagem e boa condutividade, 
utilizado frequentemente para alta produção em fornos automáticos;
◦ indústria do frio:
◦ equipamentos para aparelhos de ar condicionado e refrigeradores;
◦ arquitetônicos e prediais
◦ revestimentos, calhas, cumeeiras, rufos, telhados, grades e frisos 
decorativos, condutores para água pluvial, para gás, perfis embutidos em 
madeira, etc.
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Importância do Cobre e Suas Ligas 
em Sistemas Elétricos e Eletrônicos
Tipo Composição Condutividade IACS Estado
1 Cobre refinados, não desoxidados 100 a 98% Recozido, ½ duro ou duro
2 Cobre refinado isento de oxigênio Cu OFHC 100 a 98,99% Recozido duro
3 Cu OFHC certificado 100 a 98,99% Recozido encruado
4 Cobre com prata (0,08%) 97 a 98% Encruado ¾ duro
5 Cobre com cádmio (0,7 a1%) 80 a 92% Encruado ½ duro
6 Cobre com cromo (0,5 a 0,7%) 80% Temperado revenido encruado
7 Cobre com zircônio (0,1 a 0,15%) 90% Temperado revenido
8 Cobre com telúrio (0,3 a 0,7%) 94 a 98% Encruado ½ duro
9 Bronzes (0,5 a 1% de estanho) 55 a 75% Fundido
10 Latões (35% de zinco) 27% Recozido ½ duro
11 Cobre com berílio (1,7 a 1,9%) 27% Temperado e revenido (a 320o)
12 Ligas resistentes 3 a 20%
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Importânciado Cobre e Suas Ligas 
em Sistemas Elétricos e Eletrônicos
Tipo Utilização na indústria elétrica
1 Fios e perfis para bobinas fixas, fios isolados para quaisquer aplicações, etc.
2 Fins elétricos e mecânicos especiais (ânodos para refino eletrolítico, radar, etc.).
3 Fins eletrônicos muito especiais (ânodos e câmaras de ressonância)
4 Bobinas para rotores de turbo-alternadores, lâminas de coletores, barras de gaiolas 
para grandes motores, bobinagens com isolantes para temperaturas elevadas.
5 Linhas aéreas, fios de contato, anéis coletores, porta-eletrodos, etc.
6 Lâminas de coletores para motores, peças de contato para grandes interruptores, etc.
7 Eletrodo de soldagem por resistência, coletores de motores de tração, coletores e 
comutadores de pequenos motores que funcionam a alta temperatura, etc.
8 Peças de aparelhamento de usinagem complexa ou precisa, peças de entalhe, etc.
9 Peças moldadas para grandes aparelhos elétricos, anéis para mancais, molas, etc.
10 Peças diversas para pequenos aparelhos elétricos.
11 Molas e peças elásticas resistentes à corrosão em atmosfera úmida ou marítima, etc.
12 Resistências de precisão, reostatos, termo elementos, condutores de aquecimento, 
curto-circuitadores de gaiolas para motores assíncronos, etc.
Cobre
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Cabos
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Cabos de cobre
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Estudo do alumínio
Composição:
◦ o principal minério de alumínio é a bauxita (Al2O3, H2O);
◦ a partir do mineral bauxita é obtida a alumina Al2O3, que é reduzida 
por eletrolise;
◦ sua pureza é normalmente de 99,5 %;
◦ as principais impurezas que acompanham o alumínio são o ferro, 
silício e o cobre.
Seu uso se deve a sua alta condutividade por unidade de peso e 
sua baixa resistência por unidade de peso.
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Estudo do alumínio
Propriedades físicas:
◦ densidade:
◦ 2,7 (material leve);
◦ coeficiente de dilatação térmica:
◦ 24 x 10-6°C-1 (muito elevado)
◦ ponto de fusão:
◦ 658°C;
◦ ponto de evaporação:
◦ aproximadamente 2000°C;
◦ condutividade térmica:
◦ 0,50 cal/cm2seg°C.
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Estudo do alumínio
Propriedades elétricas:
◦ boa condutividade (a melhor após a prata, o cobre e o ouro);
◦ Resistividade:
◦ ρ = 2,63 µΩcm;
◦ coeficiente de temperatura:
◦ 43 x 10-4 (1/250 aproximadamente, como o cobre);
◦ seu óxido (Al2O3) é isolante.
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Alumínio
Estudo das Propriedades:
◦ mecânicas:
◦ puro, tem baixa resistência mecânica, suas características mecânicas 
dependem do teor de impureza, a natureza deles o estado de recozido ou 
martelado a frio do metal;
◦ alumínio fundido puro 9 kgf/mm²;
◦ alumínio estirado a frio 20 kgf/mm²;
◦ metalúrgicas:
◦ o metal puro é muito maleável a frio:
◦ possibilidade de laminação, dobragem, etc.;
◦ pode ser moldado.
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Alumínio
◦ Químicas:
◦ no ar, a temperatura ordinária, o alumínio se recobre de uma camada 
impenetrável de alumina, que o protege da oxidação:
◦ a velocidade inicial de oxidação é bem acentuada;
◦ resiste a numerosos agentes químicos:
◦ ácido carbônico, nítrico, amoníaco, alcoóis, graxas, etc..
◦ é atacado pelo ácido clorídrico, o potássio e o mercúrio.
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Alumínio
Composição/ Reservas/ Consumo:
◦ o alumínio é o elemento metálico mais abundante no planeta:
◦ constitui mais de 8% da crosta terrestre, ocorrendo concentrações mais 
altas no minério conhecido como bauxita;
◦ quatro toneladas de bauxita quimicamente refinada fornece duas 
toneladas de alumina (óxido de alumínio puro Al2O3);
◦ a seguir, vem o processo de redução eletrolítica, através do qual as 
duas toneladas de alumina são reduzidas a uma tonelada de 
alumínio metálico:
◦ cuja pureza é normalmente de 99,5%.
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Alumínio
◦ O Brasil possui a terceira maior reserva de bauxita do mundo, 
superada apenas pela da Austrália e Guiné.
◦ O atual índice de consumo, relativamente baixo no Brasil (cerca de 3 
quilos “per capita” anuais contra mais de 30 quilos nos Estados 
Unidos), leva a uma previsão de altos índices de aumento de 
consumo durante as próximas décadas.
◦ Outra característica básica do alumínio é sua possibilidade de ser 
repetidamente reciclado:
◦ consumindo 5% da energia requerida para obter o alumínio através da 
bauxita.
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Comparação alumínio x cobre*
Propriedade Alumínio Cobre*
Condutividade para mesmo volume 63 100
Volume para mesma condutividade 159 100
Diâmetro para mesma condutividade 128 100
Peso para mesmo volume 30,4 100
Peso para mesma condutividade 48,3 100
Resistência mecânica (ruptura) 26 100
*Padrão IACS: padrão internacional do cobre recozido, tomado como referência de 
100% de condutividade
Densidade a 20°C (g/cm³) 2,70 8,89
Resistividade a 20°C (Ωmm²/m) 0,0282 0,0172
Tensão de ruptura a tração (kgf/mm²) 16 - 20 22 - 45
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Comparação cobre x alumínio
Resistência elétrica:
◦ dois condutores de mesma seção e mesmo comprimento a 
resistência será 1,68 vezes maior no condutor de alumínio;
◦ para a mesma resistência e mesmo comprimento, o diâmetro do 
condutor de alumínio deve ser 1,28 vezes maior.
Peso:
◦ 1 kg de Alumínio realiza o mesmo trabalho elétrico de 2 kg de Cobre;
◦ entre dois condutores, um de cobre e outro de alumínio, de igual 
resistência elétrica e igual comprimento, o condutor de alumínio é 
duas vezes mais leve que o de cobre.
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Comparação cobre x alumínio
Considerando-se a diferença de preços entre o alumínio e o cobre no 
mercado internacional, o emprego de condutores de alumínio conduz a 
uma economia apreciável que evidentemente varia com as oscilações 
do mercado.
Contudo, o isolamento absorve parte desta vantagem já que, as seções 
equivalentes de alumínio são maiores e exigem maior superfície a ser 
isolada.
Essas características devem ser devidamente consideradas, incluindo-se 
avaliações de peso e atratividade ao furto. Ou seja é uma decisão de 
custo e benefício.
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Emprego do alumínio
Devido a suas características principais:
◦ boa resistência a tração por peso;
◦ leveza;
◦ elevada condutividade elétrica e térmica;
◦ boa resistência a oxidação.
É empregado no setor eletrotécnico especialmente na fabricação de 
cabos (para linhas aéreas de transmissão de alta tensão), fios, 
enrolamentos de motores e barramentos.
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Emprego do alumínio
Na indústria é utilizado na fabricação de estruturas (aviação) e no 
setor mecânico.
Em linhas aéreas de transmissão, o alumínio é utilizado aliado a 
0,3 a 0,5% de magnésio, 0,4 a 0,7% de silício e 0,2 a 0,3% de 
ferro:
◦ resistência mecânica mais alta que o alumínio puro e uma boa 
condutividade.
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Emprego do alumínio
Aldrey (liga de Al (Alumínio) com a seguinte composição: 0,4%Mg 
(Magnésio), 0,6%Si (Silício), 0,3%Fe (Ferro) e o restante de 
98,7%Al de Alumínio):
◦ Peso específico: 2,7 g/cm3;
◦ Resistividade: 0,032 ohm.mm2/m;
◦ Tensão ruptura: 32 a 37 kgf/mm2.
Quando associado a uma alma de aço, permite o emprego de 
vãos maiores, reduz o número de torres e diminui o efeito 
“corona”.
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Encordoamento dos Cabos ACSR
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Cabos de alumínio
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Estudo do ferro (condutor)
É um metal muito antigo e bem conhecido do homem, 
relativamente barato, acessível e oferece interesse para 
construção de máquinas, como material estrutural:
◦ pertence ao clube dos materiais magnéticos.
O ferro puro tem uma resistividade de 10mcm.
É um metal duro, tenaz, fortemente magnético e quimicamente 
muito sensível:
◦ atacado pela maioria dos ácidos, com liberação de hidrogênio.
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Estudo do ferro (condutor)
Em atmosfera seca o ferro não sofre alterações importantes, 
entretanto, quando em atmosferas úmidas sofre os efeitos da 
corrosão:
◦ formação de ferrugem.
Formas de apresentação do ferro sob o ponto de vistasiderúrgico:
◦ ferro doce;
◦ ferro fundido;
◦ ferro forjado;
◦ aços;
◦ ligas de aço.
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Estudo do ferro (condutor)
Ferro doce:
◦ ferro puro, maleável, resistente à corrosão, facilmente magnetizável 
e desmagnetizável.
Ferro forjado:
◦ ferro muito puro, que contém apenas materiais provenientes da 
escória, mecanicamente muito resistente, pouco sensível à corrosão;
◦ pode ser trabalhado na bigorna:
◦ ferro batido
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Estudo do ferro (condutor)
◦ Escória:
◦ subproduto da fundição de minérios para purificar metais;
◦ mistura de óxidos metálicos;
◦ durante a fundição, quando o minério é exposto a temperaturas elevadas, 
estas impurezas são separadas do metal fundido e podem ser removidas;
◦ a massa composta por esses compostos e que é removida é a escória;
◦ possui várias aplicações comerciais e raramente é desprezada;
◦ os subprodutos deste processo podem ser usados em cimento, lastro para 
linhas de caminho de ferro e para fertilizante.
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Estudo do ferro (condutor)
Aços:
◦ constituem uma das formas mais importantes de uso do ferro;
◦ são ligas binárias de ferro e carbono, nas quais o carbono é o 
elemento determinante das propriedades mecânicas resultantes;
◦ teores de carbono:
◦ 0,08 a 2,11%;
◦ pode conter pequenas quantidades de impurezas:
◦ Mn, Si, S e P;
◦ resistência à tração:
◦ entre 70 e 200 kgf/mm2;
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Estudo do ferro (condutor)
Ferro fundido
◦ Liga de ferro e carbono com teores de carbono superiores aos 
encontrados no aço
◦ Teores de carbono superiores a 2,11%
Ligas de aço
◦ Quando além do carbono se agregam outros elementos, se obtêm 
materiais de melhores propriedades, tais como resistência à corrosão 
(aços inoxidáveis), etc.
◦ Elementos normalmente introduzidos
◦ Mn, Si, Ni, Cr, W, Al, Mo, etc.
◦ Resistência à tração
◦ Entre 50 e 100 kgf/mm2
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Aplicações do ferro
Fabricação de condutores (fios e cabos) e arames:
◦ devem ser protegidos contra a corrosão por meio de revestimentos 
de zinco:
◦ galvanização a quente (zincagem a quente):
◦ material é imerso em um banho de zinco em fusão, o que permite a obtenção 
rápida de uma película grossa de zinco;
◦ meio eletrolítico:
◦ película protetora mais uniforme, porém mais fina.
Apesar de menor custo, condutores de aço galvanizado não são 
usados como condutores ativos:
◦ resistividade mais elevada que a do cobre e alumínio.
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Aplicações do ferro
Utilizados como cabos pára-raios em linha aéreas de transmissão.
Fio de aterramento.
Núcleos de cabos compostos de alumínio-aço:
◦ ACSR – Aluminium Cable Steel Reinforced;
◦ boas propriedades elétricas do alumínio com as excelentes 
propriedades mecânicas do aço.
Ferro fundido ou sob forma de ligas com Cr, Al, Ni é utilizado para 
fabricação de resistores.
Fios e cabos copperweld e alumoweld:
◦ união molecular entre cobre/alumínio e aço.
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Copperweld/alumoweld
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Ouro
Metal precioso, bastante antigo:
◦ oferece grande interesse tecnológico;
◦ apresenta grande plasticidade e elevada resistência à oxidação;
◦ menor resistividade elétrica após a prata e cobre:
◦ 2,4 mWcm;
◦ resistência à tração fraca:
◦ 15 kgf/mm2;
◦ devido ao elevado preço é usado somente em aplicações especiais:
◦ contatos elétricos;
◦ em microeletrônica é usado como fio de ligação entre os terminais 
dos chips e contatos externos.
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Outros metais condutores
Nome metal Resistividade 
(μΏcm)
Peso específico 
(g/cm3)
Pt. Fusão (oC) Observações
Sódio 4,6 0,97 97,8 Fraca resistência 
mecânica, reativo
Tungstênio 5,5 19,3 3380 Difícil trabalhabilidade
Molibdênio 5,7 10,2 2620 Idem
Zinco 5,9 7,14 420 Ligas (latões), proteção 
galvânica
Cobalto 6,2 8,71 1492 Mat. ferromagnético
Níquel 7,3 8,90 1455 Mat. ferromagnético
Cádmio 7,6 8,65 321 Mat. tóxico
Platina 10,5 21,4 1770 Metal precioso
Estanho 12 7,31 232 Ligas (bronze) folha de 
flandres 
Chumbo 21 11,3 327 Fraca resist. Mec., resist. 
corrosão
Mercúrio 98,5 13,6 -39 Único metal líquido à 
temperatura ambiente
Tema da próxima aula
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Tecnologia dos fios e cabos (26)
Lembrete: responder às questões formuladas ao final dos capítulos.