Os Princípios de Física - Electromagnetismo

Enquadramento e Objetivos

Esta dissertação foi realizada no âmbito da Licenciatura Integrado em Engenharia De Pesquisa e Produção De Petróleo e visa explanar os conhecimentos relacionados com os materiais condutores, campo de interesse tanto da Engenharia dos Materiais, como da Engenharia.  A escolha desta temática prende-se com a motivação do autor de aprofundar e consolidar o seu enquadramento teórico e prático nestes amplos ramos da Engenharia.  Desta forma, a primeira etapa a realizar foi a recolha e reunião de informação dispersa relacionada com os materiais condutores e suas propriedades físico-químicas, numa perspectiva de uso nos domínios da eletrotecnia.  Por outro lado, com este trabalho pretende-se apresentar e refletir sobre alguns procedimentos experimentais possíveis para a avaliação de características da condutibilidade. Ainda nesta fase, procura-se introduzir uma componente prática, componente está que se considera fundamental num trabalho bastante teórico e que resulta da experiência industrial de uma empresa de transformadores eléctricos.

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Metodologia

Na elaboração deste trabalho, consideram-se dois momentos distintos. O primeiro, assente essencialmente numa base de pesquisa teórica, apoia-se em materiais técnicos e científicos de pesquisa, tais como livros, artigos científicos e catálogos de empresas de materiais. Assim, procede-se a uma seleção da informação recolhida, para uma posterior análise e comparação da mesma.  De outra forma, o segundo momento a referir é a componente prática que, tal como já foi referenciado num ponto acima, é considerada de crucial interesse num trabalho que se apresenta, na sua maioria, como teórico.

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Introdução

Neste trabalho iremos abordar sobre os materiais condutores, da matéria e das propriedades da matéria em relação as propriedades que nós denominamos propriedades elétricas da matéria, ou seja como algumas matérias são capazes de gerar campos elétricos, mas geralmente isto é muito importante sabermos, como é que é que um material reage quando ele é submetido a um campo elétrico ou mesmo a um diferencial de potencial.

Geralmente na física clássica nós dividimos os materiais em duas grandes categorias, os materiais ditos condutores e os materiais isolantes as vezes chamados de matérias (de elétricos), mas os isolantes também servem dentro deste contesto, no entanto é bom entender que com a aparição da física quântica nos séculos passados nos entendemos um pouco melhor as propriedades dos materiais em relação à condução da eletricidade e aí surgiram novos matérias. Matérias estes que são semicondutores muito importante nas indústrias eletrônicas, matérias supercondutores e uma variedade deles. 

Os condutores de eletricidade são meios materiais que permitem a passagem de cargas elétricas facilmente. O que diz que um material é condutor é a camada de valência dos átomos do material. Camada de valência é a última camada de distribuição dos átomos.  Por essa camada ser muito distante do núcleo, os elétrons ficam “soltos”, ou seja, fracamente ligados ao núcleo e podem deixar o átomo por causa das forças que ocorrem no interior dos átomos. Os elétrons que deixam a eletrosfera são chamados “elétrons livres”. A maioria dos metais são bons condutores de eletricidade pois eles possuem os “elétrons livres”.

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Materiais condutores

O que caracteriza um material condutor é ter o “eletron livre”. Por exemplo, uma barra de cobre tem vários eletrons de cobre, quandos aplicamos uma eletricidade nos extremos na barra de cobre os eletrons da camada de valência de todos os átomos vão se deslocar por causa da eletricidade, fazendo uma corrente elétrica na barra de cobre. Outros materiais que são parecidos com o cobre, com 1 eletros na camada de valência, são o ouro e a parta, outros dois excelentes condutores. Obs: Usa-se o cobre nas redes de eletricidade pelo seu custo não ser tão alto como o do ouro e da prata.

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Cobre, prata e ouro. Três exemplos de materiais extremamente condutores.

Evolução Histórica dos Materiais condutores

Aplicações dos Materiais Condutores

Procedimentos experimentai

Os materiais condutores são caracterizados por diversas grandezas, dentre as quais se destacam:

• Condutividade ou resistividade elétrica;
• Coeficiente de temperatura;
• Condutividade térmica;
• Potencial de contato;
• Comportamento mecânico, etc.

Estas grandezas são importantes na escolha adequada dos materiais, uma vez que das mesmas vai depender se estes são capazes de desempenhar as funções que lhe são atribuídas. A escolha do material condutor mais adequado, nem sempre recai naquele de características elétricas mais vantajosas, mas sim, em um outro metal ou uma liga que, apesar de eletricamente menos vantajoso, satisfaz as demais condições de utilização.

Os principais materiais de elevada condutividade elétrica são os metais nobres, acrescidos de alguns outros grupos e de suas ligas.

Os metais de alta condutividade podem ser empregados como: Condutores, Enrolamentos de máquinas elétricas e transformadores.

Em outras aplicações, há interesse em materiais compostos por ligas de alta resistência, com objetivo de fabricar: Resistências, Aparelhos de calefação e Filamentos para lâmpadas incandescentes.

PROPRIEDADES E GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS (ELÉCTRICOS OU NÃO)

Em alguns materiais, como nos metais, o electrão mais externo em cada átomo é livre de se movimentar pelo material; existe assim uma “nuvem” muito densa de electrões (electrões de condução), com densidade constante se o material for homogêneo. Esse tipo de material é Propriedades designado de condutor.

Se o condutor for colocado numa região onde existe campo elétrico, como a nuvem eletrônica tem carga negativa, desloca-se em sentido oposto às linhas de campo. Assim, acumulam-se electrões num extremo, ficando com excesso de carga negativa, e no extremo oposto aparece uma carga do mesmo valor, mas com sinal positivo (falta de electrões).

Essa acumulação de cargas no condutor cria um campo interno oposto ao campo externo; quando os dois campos se anularem, o movimento da nuvem eletrônica cessará.

Nos materiais isoladores, os eletrões estão ligados a cada átomo. Quando uma carga externa é colocada perto do material, os eletrões e protões de cada átomo deslocam-se na direção das linhas de campo, mas em sentidos opostos, sem sair do átomo. Assim cada átomo deforma-se criando um pequeno dípolo elétrico; nomeadamente, um sistema com carga total nula, mas com as cargas positivas e negativas separadas por uma pequena distância.