1MATERIAIS CONDUTORESProf. Jos batista2Os materiais condutores: so caracterizados por diversas grandezas,dentre as quais se destacam: condutividade ou resistividade eltrica,coeficientedetemperatura, condutividadetrmica, potencial decontato,comportamento mecnico, etc.Estas grandezas so importantes na escolha adequada dos materiais, umavez que das mesmas vai depender se estes so capazes de desempenhar asfunes que lhe so atribudas.Aescolha do material condutor mais adequado, nemsempre recainaqueledecaractersticaseltricasmaisvantajosas, massim, emoutrometal ou uma liga, que, apesar de eletricamente menos vantajoso, satisfazas demais condies de utilizao.CONCEITUAO3Emumtomoneutroonmerodeeltronsigual aonmerodeprtons (o tomo um sistema eletricamente nulo);Quando h um desequilbrio, dizemos que o tomo est ionizado;Se apresentar eltrons em excesso, o tomo estar ionizadonegativamente, se apresentar falta de eltrons estar ionizadopositivamente:Ganham-se eltrons anions (-)Perdem-se eltrons ctions (+) importante observar que o nmero de prtons constante, o que sealtera o nmero de eltrons, isto , para ionizar o tomo negativamentecolocamos eltrons a mais, e se quisermos ionizar o tomopositivamente, retiramos eltrons.Conceituao4Em alguns tipos de tomos, especialmente os que compem os metais -ferro, ouro, platina, cobre, prata e outros, a ltima rbita eletrnica perdeum eltron com grande facilidade, por isso seus eltrons recebem o nomede eltrons livres.Quantomenorforsuaorbita, maisfcil deserretiradooeltrondaultima camada.No interior dos metais os eltrons livres vagueiam por entre os tomos,em todos os sentidos sem direo definida.A conduo do fluxo de eltrons livres, ou a circulao de uma correnteeltricanotadatantoemmateriaisslidosquantonoslquidos, e, sobcondies favorveis, tambm nos gasosos.METAIS COMO CONDUTORES ELTRICOS5METAIS COMO CONDUTORES ELTRICOSO raio atmico a distncia do ncleo ultima camada eletrnica. Simplificadamente, o raio atmico a distncia entre o centro do tomo e a sua camada de valncia, que o nvel de energia com eltrons mais externo deste tomo.Fr- frncioSua eletronegatividade a mais baixa conhecida o segundo elemento menos abundante na natureza6Ostomosdoselementoscorrespondentess substnciascondutorasperdemespontaneamenteeltrons doltimonvel energticodandoorigemaumonpositivo e a um ou mais eltrons livres.A imagem que pode ser feita de um condutor slido est mostrada na figuraonde vemos ons positivos envolvidos por eltrons livres emmovimentoaleatrio.METAIS COMO CONDUTORES ELTRICOS7Sobopontodevistaprtico, amaioriadosmateriaiscondutoressoslidos, e dentro desse grupo, ressaltam-se, os metais que, devido facilidadedefornecereltronslivres, so usadosparafabricaros fiosdecabos e aparelhos eltricos;No grupo dos lquidos, vale mencionar os metais em estados de fuso,eletrlitos e as solues de cidos, de bases e de sais.Quanto aos gasosos, estes adquirem caractersticas condutoras sob a aode campos muito intensos, quando ento se podem ionizar. o caso das descargas atravs de meios gasosos, conhecido por plasma,normalmente, os gases, mesmoos deorigemmetlica, nopodemserutilizados nem considerados como condutores.METAIS COMO CONDUTORES ELTRICOS8Os materiais condutores caracterizam-se por uma elevada condutividadeeltrica.Possuemtambmgrande capacidade de deformao, moldagemecondutividade trmica.Com exceo do mercrio e dos eletrlitos, que so condutores lquidos,edoplasma(gsionizado) quegasoso, osmateriaiscondutoressogeralmente slidos e, neste caso, incluem-se os metais, suas ligas e no-metais como o carvo, carbono e grafite.METAIS COMO CONDUTORES ELTRICOS9Exemplos de bons condutores:Metais (como o cobre, alumnio, ferro, etc.) usados para enrolamentos demquinas eltricas e transformadores, etc.Ligas metlicas usadas para fabricaode resistncias, aparelhos decalefao, filamentos para lmpadas incandescentes, etc.Grafite;Solues aquosas (de sulfato de cobre, de cido sulfrico. etc.);gua da torneira, gua salgada, gua ionizada (como, por exemplo, asdas piscinas);Corpo humano;Ar mido.MATERIAIS COMO CONDUTORES ELTRICOS10Os cobres debilmente ligados so aqueles que contm uma porcentagem inferior a 3 de algum elemento adicionado para melhorar alguma das caractersticas do cobre como a maquinabilidade (facilidade de mecanizao), resistncia mecnica e outras, conservando a alta condutibilidade eltrica e trmica do cobre. Os elementos utilizados so estanho, cdmio, ferro, telrio, zircnio, crmio e berlio. Outras ligas de cobre importantes so: lates (zinco), bronzes (estanho),cuproalumnios (alumnio),cupronqueis (nquel), cuprosilcios (silcio) e alpacas (nquel-zinco).MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADE11Vejamos alguns dos metais mais utilizados na rea de EngenhariaEltrica:Cobre e suas Ligas: O cobre tem cor avermelhada caracterstica, o que o distingue de outrosmetais, que, com exceo do ouro, so geralmente cinzentos, com diversastonalidades. O valor da condutividade informa sobre o grau de pureza do cobre, ouseja, condutividade eltrica do cobre muito influenciada na presena deimpurezas, mesmo em pequenas quantidades. O principal minrio de cobre o CuFeS2- calcopiritaA calcopirita (Cu2S + Fe2S3) cujo teor em cobre de 34,5%.MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADE12MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADEO cobre um elemento metlico com nmero atmico 29 e pesoatmico de 63,57. O seu smbolo qumico Cu, e suas valncias so +1e +2. No magntico e pode ser utilizado puro ou em ligas comoutros metais que lhe conferem excelentes propriedades qumicas efsicas.CARACTERSTICAS Densidade: 8,96 g / cm3 ( 20C ) Ponto de fuso: 1083C Ponto de ebulio: 2595C Coeficiente de dilatao trmica linear: 16,5 x 10 - 6 cm/cm/C ( 20C) Resistividade eltrica: 1,673 x 10 -6 ohm.cm (20C) Presso de vapor: 101 mm Hg 20C Condutividade eltrica: 101 % IACS 20 C Calor latente de fuso: 50,6 cal/g Calor especfico: 0,0912 cal/g/C (20C) Forma cristalina: Cbica de faces centradas13 As principais jazidas se localizam no Chile-1, Congo, Rodsia do Norte,Estados Unidos da Amrica, Austrlia, Espanha, Sucia, Noruega...Destaque-se ento que a condutividade eltrica do cobre muitoinfluenciada na presena de impurezas, mesmo em pequenas quantidades.MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADE14Aplicaes do Cobre:Emfunodesuas propriedades, ocobre, nas suas diversas formaspuras, tem determinadas suas aplicaes.O cobre encruado ou duro usado nos casos em que se exige elevadadureza, resistnciatraoepequenodesgaste, comonocasoderedesareas de cabo nu em trao eltrica, particularmente, para fios telefnicos,para peas de contato e para anis coletores.Em todos os demais casos, principalmente em enrolamentos,barramentos e cabos isolados, se usa o cobre mole ou recozido.MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADE15MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADE16Processo de purificao:A purezadocobreparafinseltricosdeve atingir valores de 99,99 %.Durante o processo eletroltico, todo ocobredoanodosetransfereaocatodo,ficando as impurezas, como Fe, Ni, Co eZn, retidas no eletrlito.Ocobreeletrolticoassimobtidonopode ser laminado, havendo, portanto,necessidade de sua fuso, da resultandoos lingotes, prprios para aindustrializao.MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADE17MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADECobre em estado lquidoProduo de cobre18MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADEAplicaes do cobre:Possui excelente condutividade eltrica. E apresenta aresistncia eltrica mais baixa de todos os metais no-preciosos, eutilizadodeumaformageral comocondutoreltrico, tambm em cabos subterrneos, terminais deconexo, revestimento em haste de aterramento e tomadas,...19MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADE20MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADE21MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADE22MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADECaso um contato voc observe um pouco de crosta verde no cobre,o contato esta com ponto quente, foruxo, geranto aquecimento, deve ser reapertado.oxido de cobre23MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADE O Cobre e suas ligasSo o terceiro metal mais utilizado no mundo, perdendo apenas paraos aos e para o alumnio e suas ligas. Suas principaiscaractersticas so as elevadas condutividades eltrica e trmica, boaresistncia corroso e facilidade de fabricao, aliadas a elevadasresistncias mecnicae fadiga. So geralmentenomagnticos.Sua densidade de 8,94 g/cm, um pouco acima da do ao, e suatemperatura de fuso de 1083 C.24MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADELigas de cobre25MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADELates (ligas Cu-Zn): Podem conter at 45% de zinco. Os elementos Al, Sn, Si,Fe, Mn, Ni, As, P ePbsousuaisnestetipodeliga. Oalumnioaumentaaconsistnciaearesistnciacorroso. Adiesdeestanhoesilciogarantemmelhores propriedades de deformao.26MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADEBronzes (ligas de Cu-Sn): Esta liga formada por cobre e estanho, cujo contedodeestanhopodechegara20%. Osbronzesdeestanhotmmaiorresistnciamecnica que o lato.27MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADENiquel-cobre fundida: Liga 97 % de cobre e 3 % de nquel contendosilcio: utilizada na fabricao de peas de alta condutividadetrmica e eltrica como eletrodos para soldagem por resistnciaeltrica.As propriedades mecnicas dessas ligas atingem seu valor mximopara cerca de 65 % de nquel, enquanto a resistividade eltrica atingeseu valor mximo para cerca de 55 % de nquel. Embora tanto o cobrecomo o nquel apresentem elevado coeficiente de aumento daresistividade eltrica com o aumento da temperatura, a liga Cu-Ni quecontm 45 % de nquel possui a particularidade de ter essecoeficiente praticamente nulo, e, sendo assim, conhecida pelo nomecomercial de constantan largamente utilizada para a fabricao deresistncias eltricas, termopares eltricos e instrumentos eltricosem geral.28MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADE29MATERIAIS DE ELEVADA CONDUTIVIDADE