Os materiais condutores e isolantes eles são classificados de acordo com seu comportamento em relação à eletricidade. Há aqueles que são capazes de conduzir eletricidade e outros que, ao contrário, não podem. Esses materiais têm características diferentes e são utilizados em diferentes setores da indústria e do lar.
Neste artigo, vamos contar tudo o que você precisa saber sobre materiais condutores e isolantes e para que serve cada um deles.
Materiais condutores e isolantes
Os materiais podem ser divididos em duas grandes categorias: condutores e isolantes. Seria mais correto defini-los como bons condutores e maus condutores, dependendo se cada material facilita ou dificulta a condução. Essa divisão afeta a condutividade térmica (ou seja, a transferência de calor) ou a condutividade elétrica (ou seja, o fluxo de corrente).
Se uma substância conduz ou não eletricidade depende da facilidade com que os elétrons podem passar por ela. Os prótons não se movem porque, embora carreguem uma carga elétrica, eles se ligam a outros prótons e nêutrons no núcleo. Os elétrons de valência são como exoplanetas orbitando estrelas. Eles são atraídos o suficiente para permanecer no lugar, mas Nem sempre é preciso muita energia para tirá-los do lugar.
Os metais perdem e ganham elétrons facilmente, então eles dominam a lista de condutores. As moléculas orgânicas são principalmente isolantes, em parte porque são mantidas juntas por ligações covalentes (elétrons comuns), mas também porque as ligações de hidrogênio ajudam a estabilizar muitas moléculas. A maioria dos materiais não são bons condutores nem bons isolantes. Eles não conduzem eletricidade facilmente, mas com energia suficiente, os elétrons se movem.
Alguns materiais isolantes são encontrados em estado puro, mas eles se comportam ou reagem se forem dopados com pequenas quantidades de outro elemento ou se contiverem impurezas. Por exemplo, a maioria das cerâmicas são excelentes isolantes, mas se você as modificar, poderá obter supercondutores. A água pura é um isolante, mas a água suja é menos condutora, enquanto a água salgada com íons flutuantes conduz bem.
O que é um material condutor?
Condutores são aqueles materiais que permitem que os elétrons fluam livremente entre as partículas. Objetos feitos de materiais condutores permitirão a transferência de carga por toda a superfície do objeto. Se uma carga é transferida para um objeto em um determinado local, ela é rapidamente distribuída por toda a superfície do objeto.
A distribuição de carga é o resultado do movimento dos elétrons. Materiais condutores permitem que os elétrons sejam transportados de uma partícula para outra porque um objeto carregado sempre distribuirá sua carga até que a força repulsiva geral entre o excesso de elétrons seja minimizada. Desta forma, se um condutor carregado entrar em contato com outro objeto, o condutor pode até mesmo transferir sua carga para aquele objeto.
A transferência de carga entre objetos é mais provável de ocorrer se o segundo objeto for feito de material condutor. Os condutores permitem a transferência de carga através do movimento livre de elétrons.
O que é um material semicondutor?
Entre os materiais condutores encontramos materiais que têm a mesma função, mas que também podem atuar como isolantes, embora isso dependa de vários fatores. Esses fatores são:
- campo elétrico
- campo magnético
- pressão
- radiação incidente
- a temperatura do seu ambiente
Os materiais semicondutores mais utilizados são silício, germânio e só recentemente o enxofre foi usado como um material semicondutor.
O que é um material supercondutor?
Este material é fascinante porque tem a capacidade inerente de o material conduzir corrente elétrica, mas nas condições certas, sem resistência ou perda de energia.
Em geral, a resistividade dos condutores metálicos diminui com a diminuição da temperatura. Quando uma temperatura crítica é atingida, a resistência do supercondutor cai drasticamente, mas garante que a energia interna continue a fluir, embora sem energia. A supercondutividade é criada.
Ocorre em uma grande variedade de materiais, incluindo ligas simples como estanho ou alumínio que não apresentam resistência elétrica, impedindo assim que o material entre em seu domínio. Que é o efeito Meissner, ele permite que o material seja repelido, mantendo-o flutuando.
O que é um material isolante
Ao contrário dos condutores, os isolantes são materiais que impedem o fluxo livre de elétrons de átomo para átomo e de molécula para molécula. Se a carga for transferida para o isolador em um determinado local, o excesso de carga permanecerá no local original da carga. As partículas isolantes não permitem o fluxo livre de elétrons, de modo que a carga raramente é distribuída uniformemente sobre a superfície do material isolante.
Embora os isolantes não sejam úteis para transferência de carga, desempenham um papel vital em experimentos e demonstrações eletrostáticas. Objetos condutores são geralmente montados em objetos isolantes. Essa disposição dos condutores acima do isolante evita a transferência de carga do objeto condutor para seu entorno, evitando acidentes como curtos-circuitos ou eletrocussão. Esse arranjo nos permite manipular o objeto condutor sem tocá-lo.
Assim, podemos dizer que o material isolante funciona como uma alça para o condutor em cima da mesa móvel do laboratório. Por exemplo, se uma lata de refrigerante de alumínio for usada para carregar os experimentos, a lata deve ser montada em cima do copo de plástico. O vidro funciona como um isolante, evitando que a lata de refrigerante vaze.
Exemplos de materiais condutores e isolantes
Exemplos de materiais condutores incluem o seguinte:
- prata
- cobre
- ouro
- alumínio
- ferro
- aço
- latão
- bronze
- mercúrio
- grafite
- água do mar
- betão
Exemplos de materiais isolantes incluem o seguinte:
- óculos
- borracha
- óleo
- asfalto
- fibra de vidro
- porcelana
- cerâmica
- quartzo
- algodão (seco)
- papel (seco)
- Madeira seca)
- o plástico
- aire
- diamantes
- Água limpa
- borracha
A divisão dos materiais nas categorias de condutores e isolantes é uma espécie de divisão artificial. É mais apropriado colocar o material em algum lugar ao longo do continuum.
Deve-se entender que nem todos os materiais condutores têm a mesma condutividade e nem todos os isolantes são igualmente resistentes ao movimento dos elétrons. A condutividade é análoga à transparência de alguns materiais à luz.: Materiais que facilmente "passam" a luz são chamados de "transparentes", enquanto aqueles que não "passam" facilmente são chamados de "opacos". No entanto, nem todos os materiais transparentes têm a mesma condutividade óptica. O mesmo vale para condutores elétricos, alguns são melhores que outros.
Aqueles com alta condutividade, conhecidos como supercondutores, são colocados em uma extremidade e materiais de baixa condutividade são colocados na outra extremidade. Como você pode ver acima, o metal será colocado próximo à extremidade mais condutora, enquanto o vidro será colocado na outra extremidade do continuum. A condutividade dos metais pode ser um trilhão de trilhões de vezes a do vidro.
A temperatura também afeta a condutividade. À medida que a temperatura aumenta, os átomos e os elétrons ganham energia. Alguns isolantes, como o vidro, são maus condutores quando frios, mas ainda bons condutores quando quentes. A maioria dos metais são melhores condutores.. Permitem resfriamento e piores condutores quando quentes. Alguns bons condutores foram encontrados em supercondutores em temperaturas muito baixas.
Espero que com esta informação você possa aprender mais sobre materiais condutores e isolantes.