CONDUTORES 1

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CÂMPUS PONTA GROSSA
CONDUTORES
Ponta Grossa
Junho/2018
1. Introdução
Todos os corpos são constituídos por átomos e estes são formados por partículas com pequenas dimensões que são os nêutrons (não possuem carga), os prótons (partículas de carga positiva) e os elétrons (partículas de carga negativa). Os nêutrons juntamente com os prótons ficam no interior do núcleo, e os elétrons ficam na eletrosfera. Para manter esses elétrons sempre em órbita na eletrosfera, existem forças internas que os seguram, não deixando que os mesmos escapem. No entanto, quanto maior a distância entre a órbita e o núcleo, mais fraca é a força que mantém o elétron preso ao átomo, pois, dessa forma, pode se mover com certa liberdade no interior do material, dando origem aos chamados elétrons livres. O que determina se um material é condutor ou isolante é justamente a existência dos elétrons livres. São eles os responsáveis pela passagem e transporte da corrente elétrica através dos materiais.
	Os condutores elétricos correspondem a materiais que permitem a fácil mobilidade de seus elétrons. A condutividade é a propriedade da matéria que permite que as cargas elétricas fluam no interior do material. Exemplos destes materiais seriam os metais, fios ou substâncias capazes de conduzir energia. Já os materiais isolantes possuem a função inversa a condutividade, ou seja, oferece resistência a passagem de elétrons, o que dificulta a passagem de corrente elétrica.
	Além dos condutores e isolantes, existem os materiais semicondutores, que desempenham funções e características próprias influenciadas pelas condições apresentadas. A rigidez dielétrica compreende a um máximo de valor de campo elétrico que podem suportar. Caso esse valor máximo seja ultrapassado, o material pode passar de isolante para condutor, rompendo então a rigidez dielétrica do meio.
2. Tipos de condutores 
Existem três principais classes de condutores, que se dividem em metálicos, eletrolíticos e os gasosos.
2.1. Condutores metálicos
Os metais possuem os elétrons em sua estrutura mais livres, e são ligados ao núcleo do átomo de forma muito fraca, dessa maneira os metais tem tendência a doar elétrons, assim permitindo a condução muito rápida de energia. Metais que são bons condutores apresentam condutividades da ordem de 107 (Ωm)-1.
Os tipos mais utilizados são os materiais compostos de cobre e alumínio, devido a sua grande capacidade de condução de energia. Os fios condutores de eletricidade são os principais componentes das linhas de distribuição de energia elétrica. Na temperatura ambiente, o melhor condutor elétrico ainda é a prata. Relativamente, a prata tem condutividade elétrica de 108%, o cobre 100%, o ouro 70%, o alumínio 60% e o titânio apenas 1% (comparação feita em relação ao cobre). A grande desvantagem da utilização do alumínio como condutor é sua oxidação com o ar, o que provoca a necessidade de manutenção a cada certo período de tempo, o mesmo ocorre em relação a prata. 
Figura 1 – Fios metálicos de cobre
2.2. Condutores eletrolíticos
Os condutores eletrolíticos são encontrados nas soluções de ácidos, bases ou sais contidos na água. Os íons positivos (cátions) e negativos (ânions) são os portadores de carga, e percorrem sentidos opostos. Essa dissolução iônica dos compostos cria a corrente elétrica, que é formada e constituída pelo movimento em sentidos contrários.
Figura 2 – Esquema de condutor eletrolítico 
2.3. Condutores gasosos
Chamados de condutores de terceira categoria ou terceira classe, os condutores gasosos possibilitam a condutividade pelo movimento de cátions e ânions em um sentido oposto, ao contrário dos condutores eletrolíticos essas moléculas não são energizadas sozinhas. Ao se chocarem, elétrons e moléculas de gás retiram elétrons e, portanto se tornam energizadas. Um exemplo disso são os raios e relâmpagos.
Figura 3 – Movimento desordenado no condutor gasoso
2.4.Semicondutores
Os materiais denominados de semicondutores possuem propriedades elétricas intermediárias entre condutores e isolantes. As condições físicas às quais o material é submetido determinam se ele se comportará como condutor ou como um isolante. Esses materiais são largamente utilizados pela indústria de eletrônicos para a composição de circuitos. O silício e o germânio são exemplos de materiais com essa característica.
	
Figura 4 – Materiais semicondutores utilizados em circuitos 
3. Materiais isolantes
Ao contrário dos materiais condutores, os materiais isolantes não permitem que a eletricidade passe por meio deles, ou seja, oferecem resistência a passagem dos elétrons. Alguns exemplos clássicos desses materiais são os plásticos, a madeira, o vidro, as cerâmicas e a borracha, os quais são considerados bons isoladores eléctricos. Por esta razão, estes são utilizados para recobrir os materiais que transportam eletricidade, objetivando a diminuição dos riscos de choques elétricos. 
A diferença entre as substâncias em condutores e isolantes se aplica a sólidos, líquidos e gases, que devem se comportar como isolantes ou como condutores, dependendo das condições em que se encontrem. Dentre os líquidos, por exemplo, são bons condutores as soluções de ácidos, de bases e de sais. Já os óleos minerais costumam ser ótimos isolantes.
Figura 5 – Disposição dos materiais de um condutor.
4. Fabricação de condutores
4.1. Tipos de condutores elétricos
Primeiramente, existe uma diferença entre fios e cabos elétricos. Os fios elétricos possuem uma secção transversal pequena em relação ao seu comprimento e normalmente são feitos de cobre. São pouco flexíveis e utilizados em locais como instalações de chuveiros elétricos e tomadas. Já os cabos elétricos são compostos por mais de dois fios que estão entrelaçados e então pode ser dobrável, o que é aplicado para outros fins. 
Fios
Fio ou fio sólido é um material maciço, formado de um único condutor, o cobre, o que faz dele um produto bem menos flexível. O fio sólido não deve ser dobrado e muito manuseado, porque o condutor de cobre pode se partir e perder a funcionalidade. Seu uso restringe-se às instalações mais simples, como sistemas de iluminação, tomadas simples e chuveiros elétricos, limitado por sua seção nominal máxima de 10 mm².
Figura 6 – Fio sólido.
Cabo é um condutor de energia elétrica formado por vários fios de cobre encordoados (torcidos). O objetivo do encordoamento é facilitar o manuseio do produto, possibilitando dobras sem danificar sua estrutura. Por conter diversos fios, possui mais flexibilidade que o fio sólido. Normalmente, o cabo é formado por sete fios (seção nominal de até 35 mm²), 19 fios (50 mm² até 95 mm²) e 37 fios (120 mm² em diante).
Figura 7 – Cabo.
E por fim, o cabo flexível que é um condutor elétrico de fios de cobre bem finos, também encordoados. É mais maleável, por isso faz curvas com mais facilidade, agilizando o processo de instalação.
4.2. Etapas de fabricação
· 1º Etapa – Trefilação: A primeira etapa do processamento é a trefilação, na qual as bobinas fornecem o material a máquina que reduz o diâmetro do fio (trefilação), formando fileiras. Este processo é refrigerado e lubrificado com óleo mineral solúvel em água;
· 2º Etapa – Recozimento: No final dessa etapa, o fio recebe um tratamento que lhe conferir maior flexibilidade;
· 3º Etapa – Gaiolas: O fio recozido, com seu diâmetro já diminuído, é enrolado em gaiolas;
· 4º Etapa – Segunda Trefilação: As gaiolas são conectadas a uma segunda trefila, reduzindo ainda mais seu diâmetro.;
· 5º Etapa – Feixes: Na saída da segunda trefila, um novo sistema de roldanas enrola, em bobinas;
· 6º Etapa – Torção: As bobinas são usadas no "buncher", onde ocorre a torção dos feixes;
· 7º Etapa – Capa plástica: O cabo torcido passa por um processo de extrusão em que recebe sua capa plástica de PVC derretido em alta temperatura;
· 8º Etapa – Cabo pronto: Depois de resfriado em água, o cabo elétrico já encapado é enrolado em novas bobinas, que serão levadas às máquinas de embalagem.5. Composição química
5.1. Materiais condutores:
Os metais são elementos químicos que formam sólidos opacos, lustrosos, bons condutores de eletricidade e calor e quando polidos bons refletores de luz.
O cobre e as suas ligas apresentam algumas vantagens em relação aos outros condutores: Pequena resistividade; características mecânicas favoráveis; baixa oxidação para maioria das aplicações; fácil deformação a frio e a quente.
Alumínio puro: utilizado onde solicitações mecânicas são pequenas.
Outros metais: Chumbo (Pb), Estanho (Sn), Prata (Ag), Ouro (Au), Platina (Pt), Mercúrio (Hg), Zinco (Zn), Cádmio (Cd), Níquel (Ni), Cromo (Cr), Tungstênio (W), Ferro (Fe).
5.2. Materiais isolantes: 
Gases: Ar, anidrido carbônico, azoto, hidrogênio, gases raros, hexafluoreto de enxofre.
Líquidos: Óleos minerais: óleos para transformadores, interruptores e cabos; Dielétricos líquidos à prova de fogo: Askarel; Óleos vegetais: Tung, linhaça; Solventes: (empregados nos vernizes e compostos isolantes); Álcool, tolueno, benzeno, benzina, terebentina, petróleo, nafta, acetatos amílicos e butílicos, tetracloreto de carbono, acetona.
Sólidos: Minerais: quartzo, pedra sabão, mica, mármore, ardósia, asbesto; Cerâmicos: porcelana, vidro, micalex; Materiais da classe da borracha: borracha natural, guta-percha, neoprene, buna; Materiais fibrosos (tratados e não tratados): algodão, seda, linha, papel, vidro, asbesto, madeira, celofane, rayon, nylon.
6. Rigidez dielétrica
A rigidez dielétrica de certo material é um valor limite de campo elétrico aplicado sobre a espessura do material (kV/cm), sendo que, a partir deste valor, os átomos que compõem o material se ionizam e o material dielétrico deixa de funcionar como um isolante. O valor da rigidez dielétrica depende de diversos fatores como: temperatura; tempo de aplicação da diferença de potencial; taxa de crescimento da tensão; e para um gás, a pressão é fator importante.
Todos os materiais isolantes elétricos apresentam um máximo de valor de campo elétrico que podem suportar. Se esse valor máximo for ultrapassado, o material, mesmo sendo isolante, passará a se comportar como condutor. Quando isso ocorre, significa que a rigidez dielétrica do material foi rompida. 
Esse fato pode acontecer com qualquer material isolante, dependendo apenas da intensidade do campo elétrico que é aplicado sobre ele.
Figura 8 – Rigidez dielétrica de alguns materiais
A tabela indica que, para o ar, é necessário que haja uma tensão elétrica de 3 milhões de volts por metro para que ele se torne um condutor. Quando isso acontece, os elétrons têm energia suficiente para se mover entre as moléculas do meio.
7. Combustão
A combustão consiste na reação química entre dois ou mais reagentes (combustíveis e comburentes) com grande liberação de energia na forma de calor. Assim, todas as reações de combustão são extremamente exotérmicas (mesmo que necessitem de uma fonte de ignição para ocorrerem).
A combustão depende do contato das moléculas do metal com o oxigênio e do tipo de metal. Alguns deles, como o magnésio, devido a sua estrutura atômica, tem maior facilidade em pegar fogo, ou seja, reagir com o oxigênio do ar. Para esses metais não é preciso uma superfície de contato muito grande.
Um material inflamável é aquele que tem facilidade de entrar em combustão, ou seja, de queimar, produz chamas e que geralmente ao término da combustão deixa pouco ou nenhum resíduo sólido. Como por exemplo a gasolina, o álcool e o Diesel.
8. Conclusão
A condutividade é a capacidade de um material conduzir corrente elétrica, e condutores são materiais com alta condutividade. Esses materiais são muito úteis, pois permitem a distribuição de energia elétrica em uma cidade, por exemplo. Já os materiais isolantes possuem resistividade, ou seja, resistência a passagem da corrente elétrica, eles são geralmente utilizados para fazer o isolamento dos materiais condutores, para que as pessoas não recebam uma carga elétrica.
Os materiais isolantes podem se tornar condutores caso a carga elétrica fornecida seja maior que a rigidez dielétrica do material. Além desses, existem os materiais semicondutores que apresentam propriedades intermediárias entre condutores e isolantes, as condições físicas em que se encontram define se irão conduzir ou não.
9. Referências bibliográficas:
“Tipos de condutores”. Disponível em: <https://www.portaleducacao.com.br/conteudo/artigos/biologia/tipos-de-condutores/52015>. Acesso em: 29 mai 2018.
“Campo elétrico”. Disponível em: <http://professorfabio666.blogspot.com.br/2012/07/campo-eletrico.html>. Acesso em: 29 mai 2018.
SANTOS, Marco Aurélio da Silva. "Condutores e Isolantes. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/condutores-isolantes.htm>. Acesso em: 29 mai 2018.
“Condutores elétricos”. Disponível em: <http://equipedeobra17.pini.com.br/construcao-reforma/35/condutores-eletricos-213992-1.aspx>. Acesso em: 29 mai 2018.
HELERBROCK, Rafael. "O que é rigidez dielétrica?". Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-rigidez-dieletrica.htm>. Acesso em: 29 mai 2018.
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