Condutor elétrico
Condutores, no contexto da física e da engenharia elétrica, são materiais nos quais as cargas elétricas se deslocam de maneira relativamente livre. Quando tais materiais são carregados em alguma região pequena, a carga distribui-se prontamente sobre toda a superfície do material.
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Em alguns materiais, como nos metais, o elétron mais externo em cada átomo é livre de se movimentar pelo material; existe assim uma “nuvem” muito densa de elétrons (elétrons de condução), com densidade constante se o material for homogêneo. Esse tipo de material é 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 eletrões num extremo, ficando com excesso de carga negativa, e no extremo oposto aparece uma carga do mesmo valor mas com sinal positivo (falta de eletrões). 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. No lado esquerdo da figura mostra-se o que acontece quando aproximamos uma barra, com carga positiva, a uma esfera condutora isolada. A nuvem eletrônica aproxima-se da barra. Se a barra tivesse carga negativa, a nuvem eletrônica afastava-se dela. Nos dois casos, o resultado é a indução de carga de sinal oposto perto da barra, e carga do mesmo sinal na região mais afastada da barra. A carga total da esfera continua a ser nula. Se a esfera não estivesse sobre um suporte isolador, as cargas do mesmo sinal da barra abandonavam a esfera, passando através do suporte para a terra.
Resistência
Quando uma tensão elétrica é aplicada entre duas extremidades de um condutor, uma corrente elétrica é estabelecida, fluindo de uma extremidade até outra. A oposição que o condutor faz à passagem dessa corrente, numa determinada tensão, pode ser caracterizada pela relação: Onde V {\displaystyle V} é o valor da tensão aplicada, medida em Volts e I {\displaystyle I} é o valor da corrente fluindo pelo condutor, medida em Ampères. R {\displaystyle R} é a resistência elétrica, medida em Ohms. A resistência de um determinado condutor depende do material de que é feito e de suas dimensões. Para um determinado material, a resistência é inversamente proporcional à área da secção transversal. Por exemplo, um fio de cobre espesso tem resistência mais baixa do que um fio de cobre fino idêntico. Além disso, para um determinado material, a resistência é proporcional ao comprimento; como exemplo, um fio de cobre longo tem maior resistência do que um fio de cobre curto idêntico.
Ôhmicos e não-ôhmicos
Condutores que apresentam sempre uma determinada corrente elétrica fluindo, em determinada tensão, consequentemente tem sempre a mesma resistência. Tais condutores são denominados ôhmicos, por obedecerem a lei de Ohm. Quaisquer outros condutores que não se comportem consistentemente com tal lei são denominados não-ôhmicos.
Resistividade
A propriedade elétrica que determina se um material apresenta grande ou baixa resistência à passagem da corrente elétrica é a denominada: resistividade elétrica, típica de cada material e representada pela letra grega ρ. Esta é mensurada através da resistência R {\displaystyle R} , área de secção transversal A {\displaystyle A} e a distância entre os pontos de condução ℓ {\displaystyle \ell } . A sua fórmula é: ρ = R A ℓ {\displaystyle \rho =R{A \over \ell }} E sua unidade de medida é o ohm-metro (Ω-m).
Condutividade
Mas para se determinar se um material é bom ou mau condutor usa-se outra grandeza elétrica: a condutividade, representada pela letra grega σ {\displaystyle \sigma } (lê-se sigma). Que nada mais é que o inverso da resistividade elétrica, ou seja: σ = 1 ρ {\displaystyle \sigma ={1 \over \rho }} Condutores: apresentam condutividade alta, em torno de 107 [(Ω-m)-1]. A figura ao lado mostra uma tabela com os valores de condutividade elétrica para alguns metais e ligas:
Estrutura de banda de energia (sólidos)
A condutividade elétrica está ligada fortemente ao número de elétrons disponíveis para a condução e estes buscam preencher os estados de energia mais baixos (estabilidade) a não ser que sejam submetidos à ação de forças externas (campo elétrico, por exemplo). A banda de energia eletrônica (ou banda de valência) é formada por estados atômicos que se dividem em subestados, ou estados eletrônicos. Quanto mais externas as camadas eletrônicas mais estas contribuem para a formação da banda eletrônica que é formada pelos elétrons da camada de valência do átomo. A banda vazia (ou banda de condução), como seu nome diz, é onde ocorre a condução elétrica propriamente dita, o movimento ordenado de elétrons por meio de uma diferença de potencial (d.d.p.). Quanto mais distantes as bandas, menor a condutividade elétrica. Existem apenas quatro tipos de estruturas de bandas a 0 K {\displaystyle 0K} (zero absoluto), e estão mostradas na figura à direita:
Características
Nos metais há imperfeições na estrutura cristalina que os levam a alterar sua resistividade, e por consequência sua condutividade. Segue abaixo a representação equacional dos responsáveis pela resistividade dos metais: ρ {\displaystyle \rho } total = {\displaystyle =} ρ {\displaystyle \rho } t + ρ {\displaystyle \rho } i + ρ {\displaystyle \rho } d (regra de Matthiessen) em que ρ {\displaystyle \rho } t, ρ {\displaystyle \rho } i e ρ {\displaystyle \rho } d são, respectivamente, as contribuições das resistividades térmicas (vibrações), devido às impurezas, e da deformação (plástica). Para os condutores, o aumento da temperatura resulta diretamente num aumento de resistividade, por conta de haver mais choques entre elétrons o que dificulta seu movimento ordenado. Tal aumento é linear e definido pela fórmula:
