Level Up R1 - Condutividade

Neste primeiro artigo iremos abordar o tema da Condutividade abordando os seguintes tópicos:

• Condutor, semicondutor e isolador
• Corrente, tensão e resistência
• As unidades Ampere, Volt e Ohm
• Lei de Ohm
• Potência elétrica
• A unidade Watt

Mas antes de avançarmos, convém percebermos como é constituída a matéria.

Toda a substância é divisível em pequenas unidades elementares, as moléculas, que ainda conservam as suas propriedades. A molécula pode ainda ser dividida nos seus componentes, os átomos.

Um átomo, representado na figura acima, é constituído por 2 partes: núcleo e nuvem eletrónica, e 3 tipos de partículas: protões, neutrões e eletrões.

Os protões e neutrões são constituintes do núcleo:

• Protões têm carga elétrica positiva
• Neutrões não têm carga elétrica

A nuvem eletrónica é constituída apenas por eletrões:

• Eletrões têm carga elétrica negativa
• O número de eletrões presente na núvem eletrónica é igual ao número de protões presentes no núcleo de um átomo

As cargas elétricas, como vimos, podem ser positivas ou negativas. Quando as mesmas são do mesmo sinal, repelem-se, e quando são opostas, atraem-se. A carga é uma grandeza mensurável, que se representa pela letra q e mede-se em Coulombs ( C ).

Condutor, semicondutor e isolador

Quanto ao aspecto correspondente à condução de corrente eléctrica, os materiais existentes na Natureza podem ser classificados como condutores, semicondutores isolantes.

Verifica-se, experimentalmente, que a resistência eléctrica de um corpo qualquer, isto é, a oposição (ou dificuldade) que ele oferece à passagem de corrente eléctrica, depende de suas dimensões físicas e do material de que é constituído.

A fim de se diferenciar os diversos materiais da Natureza, criou-se uma grandeza eléctrica chamada resistividade, que indica a resistência eléctrica em Ohms ( Ω ), apresentada por um corpo de 1 cm de comprimento e 1 cm quadrado de área de secção transversal, à temperatura de 20ºC.

• Condutores - São materiais que possuem uma resistência muito baixa, não oferecendo, praticamente, nenhuma oposição à passagem da corrente eléctrica. A prata, o chumbo, o alumínio (e outros) são exemplos desses condutores.
• Semicondutores - Materiais que apresentam uma resistividade intermediária, isto é, uma resistividade maior que a dos condutores e menor que a dos isolantes. Como exemplo, podemos citar o Carbono, o Silício, o Germânio, etc.
• Isolantes - São materiais que possuem uma resistividade muito alta, bloqueando a passagem da corrente eléctrica. O vidro, a mica, a borracha, etc, estão neste caso.

Corrente, tensão e resistência

Temos vindo a falar de corrente elétrica, mas o que é afinal? Trata-se de um fluxo ordenado de partículas com carga elétrica cuja intensidade é proporcional à diferença de potencial entre elas.

Pode-se considerar 2 tipos de corrente:

• Corrente Continua - Corrente invariável no tempo com valor médio não nulo e unidirecional (os eletrões movem-se sempre no mesmo sentido). No entanto, tem um problema grave quando temos de transportar potências grandes. Trabalhar com valores muitos elevados de tensão é bastante perigoso, pois teríamos de aumentar o valor da corrente, o que implicaria condutores muito grossos e pesados. Temos, como exemplo, as pilhas e os acumuladores.
• Corrente Alternada - Corrente variável no tempo, de forma sinusoidal e com valor médio nulo, isto é, os eletrões mudam de sentido várias vezes por segundo. Um exemplo disto são os transformadores, que se baseiam no efeito eletromagnético, para aumentar o valor de tensão e consequentemente reduzir o da corrente e, portanto, a secção dos condutores.

A intensidade da mesma, mede a quantidade de cargas elétricas que passam numa secção do circuito em cada unidade de segundo. Representa-se pela letra I e mede-se em Amperes ( A ).

A tensão ou diferença de potencial pode-se definir como a diferença entre os potenciais (nivel de eletrização de um corpo - densidade de distribuição das cargas) de 2 corpos A e B. Representa-se pela letra U e mede-se em volts ( V ).

E a resistência? No trajeto das cargas eléctricas ao longo dum meio condutor, onde as cargas "viagem" do potencial negativo (excesso de eletrões) para o potencial positivo (défice de eletrões), verificam-se colisões que originam emissões de energia sobre a forma de calor e outras. A resistência elétrica mede o grau de oposição duma substância à passagem de corrente elétrica. Representa-se pela letra R e mede-se em Ohm ( Ω ).

As unidades Ampere, Volt e Ohm

Ampere é a unidade de medida que representa a corrente elétrica.

$$ 1A = \frac{1C}{1s} $$

Volt é a unidade de medida que representa a tensão elétrica ou diferença de potencial elétrico.

$$ 1V = 1A \times 1\Omega $$

Ohm é a unidade de medida que representa a resistência elétrica.

$$ 1\Omega = \frac{1V}{1A} $$

Lei de Ohm

A Lei de Ohm afirma que, para um condutor mantido a temperatura constante, a razão entre a tensão entre 2 pontos e a corrente elétrica, é constante. A essa constante chamamos de resistência elétrica.

$$ R = \frac{U}{I} $$

Esta expressão não depende da natureza do condutor: é válida para todos os condutores. Para um dispositivo condutor que obedeça à Lei de Ohm, a diferença de potencial aplicada é proporcional à corrente elétrica, isto é, a resistência é independente da diferença de potencial e da corrente. Um exemplo de dispositivo que obedece a essa lei é a resistência (componente eletrónico), onde a sua função é controlar a intensidade de corrente elétrica que passa pelo aparelho.

Entretanto, para alguns materiais, como os semicondutores, a resistência elétrica não é constante. Mesmo que a temperatura seja, ela depende da diferença de potencial. Um exemplo de um componente eletrónico que não obedece à lei de Ohm é o diodo, que permite a passagem da corrente elétrica apenas em um sentido.

Potência elétrica

A Potência Elétrica mede a quantidade de energia que passa por um condutor durante um período de tempo. Este representa-se pela letra P e mede-se em Watts ( W ).

$$ P = U \times I = R \times I^2 $$

A unidade Watt

O Watt é a unidade de medida que representa a potência.

$$ 1 W = \frac{1J}{1s} = \frac{1V^2}{1\Omega} = 1A^2 \times 1 \Omega $$

No próximo artigo, iremos abordar o "Campo Eletromagnético", mais concretamente as ondas rádio, a sua velocidade de propagação e a relação entre a frequência e o comprimento de onda das mesmas.