Condutores

Os condutores são materiais que, quando conectados a uma diferença de potencial elétrico, conduzem as cargas elétricas com grande facilidade, em razão da força de atração entre seus elétrons livres e o seu núcleo atômico ser fraca. Podem ser encontrados, por exemplo, nos fios de transmissão de energia elétrica.

Leia também: O que são os supercondutores?

Resumo sobre condutores

• Os condutores são materiais usados na condução de eletricidade.
• Suas principais características são as propriedades resistividade elétrica e condutividade elétrica.
• O ferro, o cálcio e os gases capazes de ser ionizados são exemplos de condutores.
• Os condutores podem ser sólidos, líquidos ou gasosos.
• Dependendo da condutividade elétrica e resistividade elétrica, um material pode ser condutor e isolante.
• Os semicondutores são materiais com semicondutividade, em que a sua condutividade elétrica varia com as condições do meio.

O que são os condutores?

Os condutores são materiais elétricos que têm baixa oposição à transmissão de corrente elétrica em seu interior quando ligados a uma diferença de potencial elétrico ou tensão elétrica (pilhas, baterias ou tomadas).

Os condutores têm muitos elétrons em sua camada de valência (última camada na distribuição eletrônica), chamados de elétrons livres, que têm pouca força de atração com os núcleos do átomo, permitindo alta liberdade de movimentação dos elétrons (ou cargas elétricas) no condutor.

Exemplos de condutores

Alguns exemplos de condutores:

• prata;
• ouro;
• cobre;
• potássio;
• alumínio;
• sódio;
• ferro;
• mercúrio;
• cálcio;
• gases que conseguem ser ionizados.

Principais características dos condutores

As principais características dos condutores são a condutividade elétrica e a resistividade elétrica, influenciadas pela resistência elétrica, pela temperatura e pelas proporções do condutor.

Os condutores têm altos valores de condutividade elétrica, o que significa que eles são materiais em que a corrente elétrica tem facilidade de fluir em seu interior quando conectados a uma diferença de potencial elétrico. Essa propriedade é calculada pela fórmula:

\(\sigma = \frac{L}{R \cdot A} \)

• σ
   → condutividade elétrica do material, medida em [(Ω∙m)^-1]
   ou siemens por metro [S/m].
• L
   → comprimento do condutor, medido em metros [m]
  .
• R
   → resistência elétrica, medida em Ohm [Ω]
  .
• A
   → área de secção transversal do condutor, medida em [m²]
  .

Também é calculada pela fórmula:

\(\sigma = \frac{1}{\rho} \)

• σ
   → condutividade elétrica do material, medida em [(Ω∙m)^-1]
  .
• ρ
   → resistividade elétrica do material, medida em [Ω∙m]
  .

Eles também têm baixos valores de resistividade elétrica, ou seja, não são materiais em que a corrente elétrica tem dificuldade de fluir em seu interior quando conectados a uma diferença de potencial elétrico. Essa propriedade é calculada pela fórmula:

\(\rho = \frac{R \cdot A}{L} \)

• ρ
   → resistividade elétrica do material, medida em [Ω∙m]
  .
• R
   → resistência elétrica, medida em Ohm [Ω]
  .
• L
   → comprimento do condutor, medido em metros [m]
  .
• A
   → área de secção transversal do condutor, medida em [m²]
  .

Também é calculada pela fórmula:

\(\rho = \frac{1}{\sigma} \)

• ρ
   → resistividade elétrica do material, medida em [Ω∙m]
  .
• σ
   → condutividade elétrica do material, medida em [(Ω∙m)^-1]
  .

Tipos de condutores

De acordo com o deslocamento dos elétrons livres ou dos íons dos condutores, eles podem ser classificados em sólidos, líquidos ou gasosos:

• Condutores sólidos: também chamados de condutores metálicos, são os condutores que têm elétrons livres com pouca conexão com o núcleo de seus átomos, propiciando a sua facilidade em ceder elétrons e, consequentemente, transmitindo velozmente a energia.
• Condutores líquidos: também chamados de condutores eletrolíticos, são os condutores que produzem correntes elétricas quando os seus ânios (íon negativo — átomo com excesso de elétrons) e cátions (íon positivo — átomo com deficiencia de elétrons) se deslocam em sentidos opostos.
• Condutores gasosos: também chamados de condutores de terceira classe, são os condutores que produzem correntes elétricas quando os seus ânions se direcionam ao polo positivo e os seus cátions se direcionam ao polo negativo e acabam colidindo.

Bons e maus condutores

Os condutores podem ser considerados como bons ou maus de acordo com a sua condutividade elétrica.

• Bons condutores: os materiais ou substâncias são considerados bons condutores quando têm altos valores de condutividade elétrica, o que significa que as cargas elétricas fluem com facilidade em seu interior, tornando-os excelentes condutores de eletricidade, como o ouro.
• Maus condutores: os materiais ou substâncias são considerados maus condutores (ou isolantes) quando têm baixos valores de condutividade elétrica, o que significa que as cargas elétricas fluem com dificuldade em seu interior, tornando-os péssimos condutores de eletricidade, como o vidro.

O que são semicondutores?

Os semicondutores são materiais em que a sua condutividade elétrica varia (semicondutividade) dependendo das condições do meio, como campos magnéticos, teor do dopante, pressão e temperatura. Em razão disso, sofrem oscilações no seu comportamento, podendo se comportar como isolante ou como condutor.

Alguns exemplos de semicondutores: silício (Si), germânio (Ge), arsenieto de Gálio (GaAs), nitreto de gálio (GaN) e fósforo negro.

Para saber mais sobre os semicondutores, clique aqui.

Diferenças entre materiais condutores e isolantes

Os materiais condutores e isolantes se diferenciam principalmente pelas propriedades físicas de condutividade elétrica e resistividade elétrica:

• Materiais condutores: apresentam baixos valores de resistividade elétrica e altos valores de condutividade elétrica, por isso as cargas elétricas fluem facilmente em seu interior, provocando uma melhor condução de eletricidade.
• Materiais isolantes: apresentam altos valores de resistividade elétrica e baixos valores de condutividade elétrica, por isso, as cargas elétricas fluem dificilmente em seu interior, provocando uma pior condução de eletricidade.

Exercícios resolvidos sobre condutores

Questão 1

(Enem) A resistência elétrica de um fio é determinada pelas suas dimensões e pelas propriedades estruturais do material. A condutividade (σ ) caracteriza a estrutura do material, de tal forma que a resistência de um fio pode ser determinada conhecendo-se L (comprimento do fio) e A (a área de seção reta). A tabela relaciona o material à sua respectiva resistividade em temperatura ambiente.

Mantendo-se as mesmas dimensões geométricas, o fio que apresenta menor resistência elétrica é aquele feito de:

A) tungstênio

B) alumínio

C) ferro

D) cobre

E) prata

Resolução:

Alternativa E

O fio que apresenta menor resistência elétrica é aquele feito de prata, já que ele tem a maior condutividade elétrica, uma grandeza inversamente proporcional à resistência elétrica.

Questão 2

(PUC) Durante um experimento realizado com um condutor que obedece à lei de Ohm, observou-se que o seu comprimento dobrou, enquanto a área da sua seção transversal foi reduzida à metade. Neste caso, se as demais condições experimentais permanecerem inalteradas, pode-se afirmar que a resistência final do condutor, em relação à resistência original, será:

A) Dividida por 4.

B) Quadruplicada.

C) Duplicada.

D) Dividida por 2.

E) Mantida.

Resolução:

Alternativa B

Primeiramente, encontraremos a expressão algébrica que representa a resistência elétrica inicial:

\(R = \frac{\rho \cdot L}{A} \)

Depois, encontraremos a expressão algébrica que representa a resistência elétrica final. Quando a sua resistividade elétrica permaneceu a mesma, o seu comprimento dobrou e a área da sua seção transversal foi reduzida à metade:

\(R' = \frac{\rho' \cdot L'}{A'} \)

\(R' = \frac{\rho \cdot 2L}{\left(\frac{A}{2}\right)} \)

\(R' = \frac{\rho \cdot 2L \cdot 2}{A} \)

\(R' = \frac{4 \cdot \rho \cdot L}{A} \)

Em comparação com a resistência elétrica inicial, a resistência elétrica final é:

\(R'=4\cdot R\)

O que significa que a resistência elétrica final é quatro vezes a resistência elétrica inicial.

Fontes

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Eletromagnetismo (vol. 3). Editora Blucher, 2015.

SAMPAIO, José Luiz; CALÇADA, Caio Sérgio. Universo da Física: Ondulatória. Eletromagnetismo, Física Moderna. São Paulo: Atual, 2005.