Qual é o elemento que conduz bem a eletricidade é é usado em fios de instalação elétrica?

Todo material que permite a passagem da corrente elétrica com grande facilidade — quando está submetido a uma diferença de potencial elétrico — é chamado de condutor. É o caso do cobre, graças às suas propriedades únicas, ele ajuda as instalações elétricas a se tornarem eficientes, duráveis e seguras.

Existem diversos materiais que podem ser utilizados como condutores elétricos. Mas, para se tornar um candidato sério para a posição, o material deve combinar condutividade muito alta com suas características mecânicas. É aí que entra o cobre, a principal razão para utilizá-lo em sistemas elétricos é sua excelente condutividade elétrica.

O cobre apresenta a resistência elétrica mais baixa entre todos os metais não-preciosos. Fios e cabos de cobre são capazes também de reduzir as perdas de energia e contribuir para a baixa de emissão de CO2. O metal possui grande resistência contra a deformação e a corrosão, o que aumenta a vida útil e a segurança dos produtos aplicados nas instalações elétricas.

A quantidade de eletricidade que utilizamos hoje em dia, exige que o cabeamento elétrico de nossos lares se encontre em ótimas condições, para evitar falhas e sobrecargas que possam provocar incêndios e lesões físicas. É por esses e outros motivos que o cobre está presente em dispositivos, como os disjuntores, fusíveis, hastes de aterramento, barramentos, interruptores e tomadas.

Características e aplicações

– O cobre é um metal muito utilizado para a construção de condutores elétricos, já que é muito dúctil e maleável.

– A eletricidade que flui por meio dos fios de cobre encontra muito menos resistência que encontraria em fios de alumínio ou aço, por exemplo. Além disso, além da prata, o cobre é melhor condutor elétrico que qualquer outro metal não precioso.

– O cobre caracteriza-se por apresentar uma grande capacidade de condução de corrente. Isto quer dizer que um cabo de cobre é menor que um de alumínio, considerando o mesmo índice de resistência. Um exemplo se dá ao comparar um condutor de alumínio e outro de cobre de uma mesma seção; este último tem uma capacidade 28% superior ao do primeiro. Igualmente, as perdas por Efeito Joule são 58% menor em relação ao alumínio.

– Os condutores de cobre garantem a eliminação de prováveis falhas causadas por maus contatos devido ao óxido que se forma no condutor, como o que poderia ocorrer ao alumínio. Além disso, dão maior facilidade no uso de soldas nos terminais e emendas.

– Durante uma instalação ou qualquer tipo de trabalho, os condutores sofrem inevitáveis dobramentos; quanto a isto os condutores de cobre são mais resistentes. É uma grande vantagem para eles já que podem dobrar e passar com mais facilidade pelos condutos sem medo de que se quebrem.

– Outra característica é que os cabos de cobre são menos volumosos, o que faz com que seu transporte e instalação sejam mais fáceis.

– Sua vida útil é muito mais longa que outros tipos de cabos. Por isto, a longo prazo, cabos de cobre são mais econômicos.

– Outra vantagem do cobre é sua alta resistência à corrosão, por isso também é aplicado em instalações subterrâneas e em linhas aéreas em regiões costeiras ou de alta poluição.

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Quer entender as diferenças entre os materiais condutores e isolantes? Então, este texto é para você. Confira!

Condutores são materiais que possibilitam a movimentação de cargas elétricas em seu interior com grande facilidade. Esses materiais possuem uma grande quantidade de elétrons livres, que podem ser conduzidos quando neles aplicamos uma diferença de potencial. Metais como cobre, platina e ouro são bons condutores.

Os materiais isolantes são aqueles que oferecem grande oposição à passagem de cargas elétricas. Nesses materiais, os elétrons encontram-se, de modo geral, fortemente ligados aos núcleos atômicos e, por isso, não são facilmente conduzidos. Materiais como borracha, silicone, vidro e cerâmica são bons exemplos de isolantes.

Tópicos deste artigo

• 1 - Condutividade x Resistividade
• 2 - Por que alguns materiais são isolantes e outros são condutores?
• 3 - Materiais condutores
  • → Exemplo de condutores elétricos
• 4 - Materiais isolantes
  • → Exemplos de isolantes
• 5 - Um isolante pode tornar-se condutor?
• 6 - Resumo sobre condutores e isolantes

Condutividade x Resistividade

A propriedade física que indica se um material é um condutor ou um isolante é a sua resistividade, também conhecida como resistência específica. A resistividade, cujo simbolo é o ρ, é medida em Ω.m, de acordo com Sistema Internacional de Unidades. Além da resistividade, existe a grandeza condutividade, denotada pelo símbolo σ, a condutividade de um material é o inverso de sua resistividade, ou seja:

Condutividade e resistividade são grandezas inversamente proporcionais, ou seja, se um material apresenta uma alta resistividade, sua condutividade é baixa e vice-versa. Do mesmo modo que, dadas as mesmas condições, um material condutor não apresenta características de materiais isolantes. A unidade de medida da condutividade é Ω-1.m-1.

De acordo com a Física clássica, a resistividade de um material pode ser calculada por meio de grandezas microscópicas e mais fundamentais, como a carga e a massa dos elétrons, além de duas grandezas de grande importância para o estudo das propriedades elétricas dos materiais: o caminho livre médio e o tempo livre médio. Tais explicações são oriundas de um modelo físico para a condução conhecido como modelo de Drude.

O caminho livre médio dos elétrons diz respeito à distância que eles podem ser conduzidos dentro de um material sem colidirem com os átomos que compõem a estrutura cristalina do material, enquanto o tempo livre médio é o intervalo de tempo que os elétrons conseguem percorrer o caminho livre médio. Nos materiais condutores, ambos, caminho livre médio e tempo livre médio, são significativamente maiores do que nos materiais isolantes, nos quais os elétrons não conseguem se mover com facilidade.

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Veja também: Cargas elétricas em movimento

Segundo o modelo de Drude, os elétrons movem-se (vibram e transladam), no interior dos materiais condutores, em razão de sua temperatura, mas também, pela aplicação de um potencial elétrico. A velocidade com que os elétrons movem-se, entretanto, é extremamente alta, diferentemente da sua velocidade de condução, que é da ordem de poucos centímetros por hora. Isso acontece porque, apesar de moverem-se em altas velocidades, os elétrons sofrem constantes colisões com os átomos que compõem o material, perdendo, assim, parte de sua velocidade.

O movimento resultante dessas colisões não é nulo, uma vez que os elétrons arrastam-se na direção da corrente elétrica, porém é muito lento. Nos materiais isolantes, por sua vez, o livre caminho médio dos elétrons é tão pequeno que, a menos que uma diferença de potencial muito grande seja aplicada, nenhuma corrente elétrica é formada.

Por que alguns materiais são isolantes e outros são condutores?

Atualmente, a explicação para a capacidade de condução de corrente elétrica dos materiais é feita com base em argumentos teóricos complexos e que envolvem aspectos quânticos da matéria. A teoria por trás dessa explicação é chamada de teoria de bandas.

De acordo a teoria de bandas, nos materiais isolantes, os elétrons têm níveis de energia abaixo do mínimo necessário para serem conduzidos. Já nos materiais condutores, os elétrons apresentam níveis de energia maiores que a energia mínima para que ocorra sua condução.

Uma quantidade de energia separa os elétrons que podem ser conduzidos daqueles que não podem. Essa energia é chamada de gap. Nos materiais isolantes, o gap é muito grande e, por isso, é necessário que se aplique neles uma grande quantidade de energia, de modo que os seus elétrons movam-se de um ponto a outro. Já nos materiais condutores, o gap de energia é nulo ou muito pequeno, de forma que os elétrons podem se deslocar facilmente em seu interior.

Materiais condutores

Os materiais condutores compartilham uma característica comum: a corrente elétrica é conduzida facilmente através deles. Suas principais características são a abundância de elétrons livres, além de baixas resistências elétricas.

Quando os materiais elétricos estão eletricamente carregados, sem transportar cargas, dizemos que eles se encontram em equilíbrio eletrostático. Nessa condição, os elétrons ocupam as camadas mais externas do material, posicionando-se exclusivamente em sua superfície, em razão da repulsão entre suas cargas e de sua grande mobilidade.

Veja também: Lei de Coulomb

→ Exemplo de condutores elétricos

Em geral, os metais são bons condutores elétricos e, por isso, são muito utilizados na transmissão de corrente elétrica, em circuitos elétricos e em dispositivos eletrônicos. Além dos metais, alguns sais, quando dissolvidos em meios líquidos, também permitem a formação de correntes elétricas. Confira alguns exemplos de materiais condutores:

• Cobre

• Alumínio

• Ouro

• Prata

Materiais isolantes

Os materiais isolantes oferecem resistência à passagem da corrente elétrica e, por isso, são largamente utilizados para barrar a sua passagem. Quando eletricamente carregados, esses materiais “aprisionam” as cargas em seu interior. Alguns materiais isolantes podem ser polarizados, isto é, quando expostos a um forte campo elétrico externo, formam em seu interior um campo elétrico contrário, dificultando ainda mais a formação de correntes elétricas. Os materiais isolantes capazes de apresentar tal comportamento são chamados de dielétricos e são muito utilizados em capacitores, por exemplo.

Veja também: Campo elétrico

→ Exemplos de isolantes

Os isolantes opõem-se fortemente à movimentação de cargas e por isso são usados para isolar superfícies de contato, evitando acidentes com choques elétricos ou diminuindo perdas de energia em fios condutores. Confira alguns exemplos de materiais isolantes:

• Borracha

• Plástico

• Vidro

• Cerâmica

Um isolante pode tornar-se condutor?

Sob condições especiais, como altas temperaturas, tensão mecânica ou enormes diferenças de potencial, os materiais isolantes tornam-se condutores. Quando isso acontece, a corrente elétrica que os atravessa geralmente causa um grande aquecimento em razão do efeito Joule, ou seja, devido às colisões entre os elétrons e os átomos que constituem o material em questão.

O exemplo mais simples de ruptura da rigidez dielétrica é a da formação dos raios: o campo elétrico que se forma entre as nuvens carregadas e o solo é tão grande que o ar torna-se ionizado, permitindo que os elétrons saltem de átomo para átomo. Entretanto, mesmo sendo capaz de conduzir a corrente elétrica, o ar volta a tornar-se um meio isolante após a descarga atmosférica.

Veja também: O que é blindagem eletrostática?

Resumo sobre condutores e isolantes

• Materiais condutores, como prata e cobre, oferecem pouca resistência à passagem de corrente elétrica;

• Os materiais condutores têm um grande número de elétrons “livres”, fracamente ligados aos núcleos atômicos, chamados de elétrons de condução;

• Materiais isolantes, como vidro, borracha ou cerâmica, oferecem uma grande resistência à passagem de corrente elétrica;

• Os materiais isolantes têm um número reduzido de elétrons e a maioria deles encontra-se fortemente ligados aos seus núcleos.

Por Me. Rafael Helerbrock

Qual é o elemento que conduz bem a eletricidade é usado em fios de instalações elétricas?

Quais os tipos de fios para instalação elétrica?

Qual é o metal utilizado na fabricação de fios e cabos elétricos?

Quais fios têm cobre?