Condutividade elétrica

A condutividade elétrica é uma grandeza física que informa o quão fácil um material consegue ser atravessado pelas cargas elétricas quando ele é associado a uma diferença de potencial elétrico. Materiais com alta condutividade elétrica são os melhores condutores de eletricidade, enquanto os materiais com baixa condutividade elétrica são os melhores isolantes de eletricidade.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre condutividade elétrica
• 2 - O que é condutividade elétrica?
• 3 - Fórmula da condutividade elétrica
  • Fórmula da condutividade elétrica relacionada à resistividade elétrica
  • Condutividade elétrica relacionada à segunda lei de Ohm
• 4 - Condutividade elétrica dos materiais
• 5 - Condutividade elétrica x resistividade elétrica
• 6 - Exercícios resolvidos sobre condutividade elétrica

Resumo sobre condutividade elétrica

• A condutividade elétrica especifica a capacidade que um material tem para a condução das cargas elétricas. 
• Alguns fatores que influenciam na condutividade elétrica são: as dimensões do condutor elétrico, a resistência elétrica, a temperatura, os campos eletromagnéticos e o número de particulas com alta resistividade elétrica no interior do material.
• A condutividade elétrica pode ser calculada por meio da segunda lei de Ohm e do inverso da resistividade elétrica.
• A prata é um dos melhores condutores de eletricidade; já a água destilada é um dos piores condutores de eletricidade.
• A resistividade elétrica é uma propriedade relacionada à alta resistência que as cargas elétricas sofrem para percorrer um material.

O que é condutividade elétrica?

A condutividade elétrica é uma propriedade dos materiais que caracteriza o quanto eles permitem o transporte de corrente elétrica quando ligados a uma diferença de potencial elétrico em um circuito elétrico.

Existem vários fatores que influenciam na condutividade elétrica em um material, como as dimensões do condutor elétrico, a resistência elétrica, a temperatura, os campos eletromagnéticos e a quantidade de particulas com baixa condutividade elétrica dentro do material.

Fórmula da condutividade elétrica

• Fórmula da condutividade elétrica relacionada à resistividade elétrica

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

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

• Condutividade elétrica relacionada à segunda lei de Ohm

Com base na segunda lei de Ohm e na relação da condutividade elétrica com a resistividade elétrica, obtemos a fórmula da condutividade elétrica:

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

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

Exemplo 1: Qual a condutividade elétrica de um fio com resistividade elétrica de \(2\cdot{10}^3\mathrm{\Omega}\cdot m\) ?

A condutividade elétrica é calculada como sendo o inverso da resistividade elétrica, então:

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

\(\sigma=\frac{1}{2\cdot{10}^3}\)

\(\sigma=0,5\cdot{10}^{-3}\ \) 

\(\sigma=5\cdot{10}^{-1}\cdot{10}^{-3}\)

\(\sigma=5\cdot{10}^{-1-3}\)

\(\sigma=5\cdot{10}^{-4}\ \left(\mathrm{\Omega}\cdot m\right)^{-1}\ \) 

A condutividade elétrica desse fio é de \(5\cdot{10}^{-4}\ \left(\mathrm{\Omega}\cdot m\right)^{-1}\).

Exemplo 2: Qual a condutividade elétrica de um cilindro com comprimento de 5 m , área transversal de 10 m²  e resistência elétrica de \(4\cdot{10}^{-5}\ \mathrm{\Omega}\)?

Calcularemos a condutividade elétrica por meio da fórmula que a relaciona à segunda lei de Ohm:

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

\(\sigma=\frac{5}{4\cdot{10}^{-5}\cdot10}\)

\(\sigma=\frac{1,25}{{10}^{-5+1}}\)

\(\sigma=\frac{1,25}{{10}^{-4}}\)

\(\sigma=1,25\cdot{10}^4\left(\mathrm{\Omega}\cdot m\right)^{-1}\)

A condutividade elétrica do fio é de \(1,25\cdot{10}^4\ \left(\mathrm{\Omega}\cdot m\right)^{-1}\).

Condutividade elétrica dos materiais

A condutividade elétrica assume um valor específico para cada material, indicando a sua facilidade ou não na condução da eletricidade. Abaixo está descrita a condutividade elétrica de alguns materiais:

Os materiais que apresentam os valores mais altos de condutividade elétrica são aqueles que possuem muita facilidade na condução da eletricidade, sendo chamados de condutores elétricos. Já os materiais que apresentam os valores mais baixos de condutividade elétrica são aqueles que possuem muita dificuldade na condução da eletricidade, sendo chamados de isolantes elétricos.  Para saber mais sobre os materiais condutores e isolantes, clique aqui.

Condutividade elétrica x resistividade elétrica

A condutividade elétrica e a resistividade elétrica são propriedades intrinsecas aos materiais com características divergentes. A resistividade elétrica é uma propriedade que informa o quanto um material resiste ao transporte de corrente elétrica; já a condutividade elétrica é uma propriedade que informa o quanto um material conduz de corrente elétrica. Por isso, os materiais com alta resistividade elétrica possuem uma baixa condutividade elétrica.

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Exercícios resolvidos sobre condutividade elétrica

Questão 1

Um cientista quer determinar a condutividade elétrica de um fio, e ele sabe que a resistência elétrica do fio é de \(2\cdot{10}^{-4}\ \mathrm{\Omega}\) , o comprimento do fio é de 3 metros, e a área de secção transversal é de 0,5 metros quadrados. Com base nessas informações, calcule a condutividade elétrica desse fio.

a) \(3\cdot{10}^4\ \mathrm{\Omega}\cdot m\)

b) \(4\cdot{10}^5\ \mathrm{\Omega}\cdot m\)

c) \(5\cdot{10}^4\ \mathrm{\Omega}\cdot m\)

d) \(6\cdot{10}^5\ \mathrm{\Omega}\cdot m\)

e) \(7\cdot{10}^6\ \mathrm{\Omega}\cdot m\)

Resolução:

Alternativa A

Calcularemos a condutividade elétrica por meio da fórmula que a relaciona à segunda lei de Ohm:

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

\(\sigma=\frac{3}{2\cdot{10}^{-4}\cdot0,5}\)

\(\sigma=\frac{3}{1\cdot{10}^{-4}}\)

\(\sigma=\frac{3}{{10}^{-4}}\)

\(\sigma=3\cdot{10}^4\ \Omega\cdot m\)

Questão 2

Os materiais chamados de condutores elétricos e isolantes elétricos são assim classificados de acordo com seus valores de:

a) força elétrica

b) condutividade elétrica

c) campo elétrico

d) comprimento

e) área de secção transversal

Resolução:

Alternativa B

Os materiais chamados de condutores elétricos e isolantes elétricos são assim classificados de acordo com seus valores de condutividade elétrica, indicando a sua facilidade ou não na condução da eletricidade.