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Condução Elétrica e Térmica em Sólidos
Propriedades dos metais
Estrutura cristalina: todos os metais possuem estrutura cristalina e dessa forma apresentam uma disposição regular e ordenada de seus átomos.
Brilho típico.
Elevada condutividade elétrica e térmica: são bons condutores de calor e de corrente elétrica.
São geralmente sólidos.
Condução Elétrica – Lei de Ohm
Em muitas aplicações, o comportamento elétrico de um material é mais crítico que o comportamento mecânico.
Fios metálicos usados para transferir corrente elétrica sobre longas distâncias deve ter elevada condutividade elétrica, de maneira que uma parcela pequena de potência é perdida no condutor.
ELEVADA BAIXA PERDASCONDUTIVIDADE
Condução Elétrica – Lei de Ohm
Essa lei pode ser dada da seguinte forma:
Em que V é a tensão em volts (V), I é a corrente em ampere (A) e a R é a resistência em ohms (Ω).
A resistência R depende das dimensões e do tipo de material que constitui o condutor.
Em que l é o comprimento em metro (m) do condutor, S é a área (seção transversal do condutor).
V=RI
σ
l lR
S S
A resistividade ρ é própria de cada material e depende da temperatura. O inverso da resistividade chama-se de condutividade elétrica σ.
A tabela abaixo mostra alguns valores de condutividade elétrica (inverso da resistividade) na temperatura ambiente.
A unida da resistividade elétrica é Ω.m e a unidade da condutividade elétrica é (Ω.m)-1 ou mho/m.
Um segunda forma da Lei de Ohm pode ser fornecida da seguinte forma:
O primeiro termo é chamado de densidade de corrente (J).
A unidade de J é A/m2.
A razão V/l pode ser definida como intensidade de campo elétrico ε.
σρ
I V V
S l l
A unidade de intensidade de campo elétrico pode ser definida como (V.m-1 ).
A densidade de corrente e a intensidade de campo elétrico estão relacionados pela seguinte fórmula:
σεJ
CONDUTIVIDADE ELÉTRICA
INTENSIDADE DE CAMPO ELÉTRICO
A densidade de corrente pode ser relacionada a velocidade média dos portadores de carga da seguinte maneira.
Onde J é a densidade de corrente, (n) é a quantidade de portadores de carga (elétrons) por unidade de volume, (v) é a velocidade média dos elétrons, e (q) é a carga do elétron.
Se igualarmos as duas fórmulas que expressam a densidade de corrente, resultam em:
J nqv
σε nqv
σε
nqv
O termo é chamado de mobilidade.
Resultando finalmente em:
A equação nos informa que a condutividade elétrica pode ser controlada através do número de portadores de carga no material e da mobilidade que está relacionada com a facilidade do movimento dos portadores de carga.
με
v
ρ μnq
Exemplo: Escolha um material adequado para uma linha de transmissão de 1500 m que conduzirá corrente de 50 A tendo uma perda máxima de potência de 5 x 105 w.
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