Materiais condutores

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CAPÍTULO III
MATERIAIS CONDUTORES
3.1 - Introdução
No primeiro capítulo vimos que tanto os íons quanto os elétrons podem ser responsáveis
pelo processo de condução de eletricidade, que sempre envolve a noção de movimentação de
cargas.
Os materiais condutores são caracterizados por diversas grandezas, dentre as quais se
destacam: condutividade ou resistividade elétrica, coeficiente detemperatura, 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 outrometal 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 de outros grupos, e de suas ligas. Os metais de alta condutividade se
empregam como condutores, enrolamentos de máquinas elétricas e transformadores, etc. Por
outro lado, em determinadasaplicações, também há interesse em materiais, normalmente ligas,
de alta resistência, para fins de fabricação de resistências, aparelhos de calefação, filamentos
para lâmpadas incandescentes, etc.
Outros materiais que oferecem interesse especial são os supercondutores, que também
serão vistos neste capítulo.
3.2 - Algumas características dos materiais condutores.
3.2.1 - Variação daresistividade com a temperatura e a freqüência
A resistência elétrica de uma dada peça de determinado material (unidade: ) é dada
pela equação (3.1) a seguir:
R = . l (3.1)
A
onde:
- resistividade elétrica do material ( .cm)
A - seção transversal (em cm2)
l - comprimento do condutor (em cm)
Quando a temperatura em um material condutor é aumentada, as partículas vibram
interferindo nosmovimentos dos elétrons. Uma tal influência causa perdas nos deslocamentos
dos elétrons e, conseqüentemente, aquecimento do corpo condutor. Traçando-se a curva
Materiais Elétricos 50
08/04/02 12:33 - Prof. Jacqueline Rolim - cap3a.doc
característica temperatura-resistência, indicada na Fig. 3.1, nota-se que ela não obedece em toda
sua extensão a uma relação constante de ordenadas e abscissas.
Fig.3.1 - Representação da variação da resistência R em função da temperatura T
De interesse prático é o setor reto da característica (trecho AB), cuja inclinação é dada
por:
tg = R (3.2)
T
A relação tg /R é o chamado coeficiente de temperatura da resistência e indicado por
T1. Normalmente a temperatura inicial, que serve de referência, é tomada como T1 = 20oC.
Nesse caso:
RT2 = R20 [1 + 20(T2 -20)] (3.3)
A condutividade térmica de metais e ligas também é de extrema importância pois ela
demonstra a capacidade do material de liberar para o ambiente o aquecimento causado pelas
perdas.
A distribuição uniforme de corrente através da seção de um condutor existe apenas para
a corrente contínua. Com o aumento da freqüência acontece uma distribuição não-uniforme de
corrente, fenômeno estechamado de “efeito pelicular”, pois em um condutor circular a
densidade de corrente geralmente aumenta do interior em direção a superfície. (Este assunto será
estudado com detalhes em outras disciplinas do curso de engenharia elétrica.)
3.2.2. - Resistência de contato nos metais
Quando se aplica uma peça metálica sobre outra, com objetivo de contato elétrico, estas
ficam na verdadeseparadas, qualquer que seja a pressão a que sejam submetidas, por uma
distância relativamente grande, se comparada às dimensões do átomo.
Na verdade existem alguns pontos de contato perfeito e o resto dos pontos a distância da
ordem de m, de onde se entende a existência da resistência de contato.
A passagem de energia de uma peça a outra se dá por dois modos:
através de uma zona de contato íntimo,...
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