Condutividade de Materiais

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Experimento 3: Materiais condutores e isolantes de eletricidade
3° Período de Química - Física II-14 de setembro de 2020
Introdução:
Cotidianamente estamos em contato com elementos que são condutores elétricos e outros que são isolantes elétricos. O que diferencia esses elementos, permitindo que uns possuam maior facilidade de conduzir eletricidade do que outros, é a estrutura atômica de cada substância, ou melhor, dos elétrons que os materiais apresentam na sua camada de valência. A camada de valência é aquela que fica mais distante do núcleo atômico.
Condutores: Os corpos considerados condutores elétricos possuem excesso de elétrons em sua camada de valência, que é a última camada a receber elétrons em um átomo. Os elétrons presentes na camada de valência são denominados de elétrons livres, e a força de atração entre eles e o núcleo atômico é pequena, logo, eles possuem facilidade de se movimentar pelo material, tornando a substância em questão um bom condutor de eletricidade. De modo geral, os metais como o ferro, cobre, ouro e prata são excelentes condutores elétricos.
Isolantes: Eles são também chamados de dielétricos. Os elétrons que formam esses materiais não têm facilidade de movimentação, tendo em vista a forte ligação entre eles e o núcleo atômico. Isopor, borracha, madeira seca, vidro, entre outros, são exemplos de materiais isolantes elétricos.
Materiais: 
Foi montado alguns circuitos no Phet com os seguintes materiais: Bateria, lâmpada, fio, interruptor, fusível, dinheiro, clipe, moeda, borracha, mão, cão, voltímetro e amperímetro.
Procedimento experimental:
Após abrir o simulador de condutividade no Phet, foi montado um circuito com 1 bateria, 1 lâmpada, 1 interruptor e fios como mostrado na figura 1. Após o circuito ser montado, foram selecionados os seguintes materiais: lápis, dinheiro, fusível, clipe, moeda, borracha, mão e cão, e todos testados nesse circuito (figura 2). Para a lâmpada acender é preciso que a energia circule por todo o circuito, então é analisado se os materiais são condutores ou isolantes. Foi medido a queda de tensão da lâmpada com o voltímetro e com o amperímetro medido a intensidade da corrente elétrica do circuito (figura 3). Logo em seguida do teste, foram anotados os resultados de tensão e a intensidade da corrente elétrica e quais materiais são condutores e quais são isolantes.
 Figura 1
 Figura 2
Figura 3
Resultados e Discussão:
De acordo com os circuitos montados os resultados variaram de alguns materiais para outros. Como podemos notar na tabela 1, os materiais de melhor condução foram o clipe, moeda e o fusível (figura 4), este último de extrema importância no nosso dia a dia, pois os fusíveis são dispositivos conectados ao circuito elétrico, que tem como função principal a proteção do circuito contra as sobrecargas da corrente elétrica, evitando possíveis danos ao sistema elétrico, tais como a queima do circuito, explosões e eletrocutamento. O lápis conduziu eletricidade, mas bem pouco a 9 V, ou seja, ele é um mau condutor (figura 2). Já a mão é condutora somente a partir de aproximadamente 10.000 Volts.
Ao contrário dos bons condutores citados, dinheiro, cão e borracha não conduziram eletricidade, ou seja, são isolantes (figura 5). Um exemplo sobre isolantes do nosso dia a dia, é que quando vamos abrir ou fechar o chuveiro e estamos descalços tomamos choque, mas quando usamos chinelos não tomamos, pois eles são de borracha e como citamos acima a borracha é um isolante. Entretanto há um valor máximo de campo elétrico no qual os materiais isolantes passam a se comportar como condutores, permitindo, assim, a formação de correntes elétricas. Esse valor é específico para cada material, depende da sua espessura e recebe o nome de ruptura dielétrica. Um exemplo disso é o fenômeno de ruptura dielétrica do ar que é responsável pela formação das descargas elétricas atmosféricas, popularmente conhecidas como raios. O ar atmosférico é um meio isolante que apresenta uma rigidez dielétrica de 3.106 V/m. Quando o campo elétrico atmosférico entre as nuvens e o solo atinge valores próximos, as moléculas do ar são ionizadas, o que torna o ar um meio condutor.
Tabela 1
	Materiais
	Tensão da Bateria
	Tensão da lâmpada
	Intensidade da corrente no circuito
	
	Lápis
	9 V
	 2,57 V
	 0,26 A
	Conduz
	Dinheiro
	9 V
	0 V
	 0 A
	Não conduz
	Borracha
	9 V
	0 V
	 0 A
	Não conduz
	Fusível
	9 V
	 8,99 V
	 0,90 A
	Conduz, até 4.000 V
	Clipe
	9 V
	 9,0 V
	 0,90 A
	Conduz
	Moeda
	9 V
	 9,0 V
	 0,90 A
	Conduz
	Mão
	10.000V
	9,99 V
	0,010A
	Conduz, a partir de 10.000V
	Cão
	9 V
	0 V
	0 A
	Não conduz
Figura 5
 	
 Figura 4	
 
Conclusão:
Dado o assunto abordado na prática, este experimento serviu como apoio para a compreensão de determinados conceitos científicos a respeito dos materiais condutores e isolantes de eletricidade. A realização dos procedimentos desta prática ocorreu de maneira tranquila, os resultados obtidos já eram esperados de forma natural sem nenhuma surpresa. Vale ressaltar a importância que o experimento em questão nos trouxe, no que diz respeito à assimilação de conteúdo similar visto durante as aulas de física II no ensino remoto.
Referências:
Budensteins, P. P. On the Mechanism of Dieletric Breakdown of solids. IEEE Trans. Eletr. Insul., v-EI - 15, n.3, p.225-239, 1980.
https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc/latest/circuit-construction-kit-dc_pt_BR.html
NBR 10299 - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, “Análise estatística da rigidez dielétrica de cabos elétricos em corrente alternada e a impulso”, Rio de Janeiro, 1988.