Propriedades elétricas

Os metais apresentam elétrons livres e quando estes começam a se movimentar, algumas coisas dificultam a passagem da corrente. Quanto maior o movimento, maior o número de colisões, logo, maior será a resistência à passagem de corrente elétrica do material. Essa resistência é influenciada também pela área do material, e podemos calcular pela seguinte fórmula.

Onde: R é resistência elétrica do material, ρ é resistividade e possui valores diferentes para cada material, l é o comprimento do material condutor de corrente e A é área de seção transversal do condutor.

E o que influencia na resistência?

• Quanto maior for a área do material, menor será a resistência do condutor. Vai ter mais espaço e ira facilitar a passagem das cargas elétricas, lembre-se da nossa analogia ao carnaval.

• Quanto maior for o comprimento L do condutor, maior será a resistência pois maior será o espaço que as cargas elétricas percorrerão, aumentando as colisões internas e a perda de energia;

Condutividade elétrica

Se a resistividade é a capacidade de resistir a condução elétrica (σ), então podemos dizer que a condutividade é o inverso da resistividade, beleza?

Unidade: σ (Ohms-metro)-1 (Ω.m) -1= A / V.m

Mas nem todo material podem conduzir eletricidade? Já repararam que a elétrica de uma casa em geral é feita fios de cobre e afins? Pois conduzemmmm muito bem a eletricidade, mas repararam que eles são revestidos por um material plástico? Em geral nas cores (preta, branca e vermelha)? Porque estes materiais são isolantes, se não já imaginou o tamanho do choque que levaríamos?

Condutividade σ em (Ω.m)-1 de uma variedade de materiais à temperatura ambiente.

Lei de Ohm

Densidade de corrente elétrica (J) é à quantidade de carga elétrica que passa em uma área por um determinado tempo. Podemos calcular a partir desta equação:

Onde: E (campo elétrico), σ (condutividade), J (densidade)

Bandas de energia nos sólidos

Quando o elétron está na camada de valência, ele tá ali e movimentando em função do átomo que “prende” ele. Se você dá energia a esse elétron, ele começa a se movimentar com mais facilidade e pode transitar por ai carregando corrente elétrica. Deu pra captar a ideia?

Uma galera da antiga formulou então a teoria das bandas como uma forma de quantificar e representar esses estados de energia do elétron.

Como a gente já falou, nem todo material conduz eletricidade. Vamos compreender como é que funciona essa parada de materiais condutores, semicondutores e isolantes?

Vamos imaginar uma seguinte situação, uma pessoa pulando apenas um degrau, tranquilo ne? Você vai cansar muito pouco, não vai precisar de muita energia pra isso. Esse é o caso dos metais, com pouca energia o elétron sai da banda de valência pra banda de condução.

Pros semicondutores existe um “GAP’’ de energia, mas ele não é muito grande. Então, se você der uma quantidade suficiente de energia, o salto quântico de uma banda pra outra é relativamente fácil de acontecer.

Agora vamos analisar a coluna dos isolantes, aquela banda proibida seria, seguindo nossa analogia, como se fosse 10 degraus para você pular de um patamar para o outro. É uma energia praticamente impossível de ser alcançada, então reduz drasticamente a condução de eletricidade em comparação aos outros materiais. Isso dá a característica isolante ao material.

• Materiais condutores: Fazem predominantemente ligação metálica. Exemplo: Ouro; Prata; Bronze; Alumínio; Níquel – Cromo.
• Material isolante: ligação iônica ou fortemente covalente. Exemplo: Borracha; Madeira; Plástico; Cerâmica; Vidro



• Material semicondutor: ligação predominantemente covalente e relativamente fraca. Os materiais semicondutores pode ser do tipo intrínseco: comportamento elétrico depende da estrutura eletrônica do material puro, sua condutividade é pequena e varia com a temperatura.

Eles também podem ser semicondutores extrínsecos: comportamento elétrico depende da concentração dos elétrons livres. Para aumentar a condutividade pode-se adicionar uma impureza, que nesse caso seria um metal com mais elétrons disponíveis, por exemplo, a fim de melhorar as propriedades elétricas do material. A adição de impurezas é denominada de dopagem.

Dopagem de Semicondutores Extrínsicos

Ao adicionar impurezas em um material, existem dois tipos de dopagem que podem se feitas: a do tipo n e do tipo p.

Introduzindo elementos com mais elétrons do material semicondutor, essas impurezas são doadoras. O material obtido é chamado de Semicondutor tipo N.

De maneira parecida, também se pode introduzir um excesso de cargas positivas no material, nesse caso, produz-se uma falta de elétrons ou um excesso de “buracos”.

Lembra do exemplo do carnaval? Excesso de cargas negativas também geram um “trânsito” nas cargas elétricas que dificultam a passagem de corrente elétrica. Assim, esses buracos também favorecem a condução de corrente elétrica.

Introduzindo impurezas com menos elétrons de valência que o material semicondutor, essas são impurezas receptoras. O material obtido é chamado de Semicondutor tipo P. 

Exemplo: Silicio dopado com boro (que apresenta 3 eletrons apenas, faltando 1, onde surge o buraco).