Os materiais condutores e isolantes fazem parte do estudo da eletricidade, que é dividida em três tópicos: eletrodinâmica, eletrostática e eletromagnetismo. A eletrodinâmica estuda as cargas em movimento, especificamente a energia elétrica.
Para entender como atuam os condutores e isolantes é necessário compreender bem o conceito de cada um desses materiais.
Os condutores de eletricidade podem ser descritos da seguinte forma: ao pegar uma esfera de metal, como uma faca, o número de prótons e elétrons é o mesmo, o que significa que está neutra. Se for colocado elétrons a mais na mesma região, os elétrons se espalham e não ficam concentrados.
Na física isso é denominado de repulsão, pois os elétrons não conseguem suportar outros elétrons na mesma região, por isso se espalham. O condutor de eletricidade possibilita que esses elétrons se movimentem mais livremente.
Os metais são ótimos condutores de eletricidade, o grafite também.
Já nos isolantes, os elétrons não conseguem se deslocar com facilidade. Quando distribuídos em grandes quantidades, permanecem estáticos onde foram postos.
Um bom exemplo para compreender melhor essa definição é quando um secador de cabelo é ligado na tomada. Existe uma parte de metal no encaixe, mas o restante é todo isolado por material de borracha, o que impede o choque ao conectá-lo a tomada.
A borracha, madeira e o papel são bons isolantes de energia.
Com essas definições pode-se concluir que os condutores e isolantes atuam juntos em muitos momentos, porém com finalidades diferentes na condução de eletricidade.
Condutores e isolantes: definições
A atuação contrária de condutores e isolantes acontece por causa da estrutura atômica das substâncias. Mais precisamente, por causa dos elétrons que os materiais podem conter na camada de valência, que é a camada mais externa de um átomo, sendo assim a mais distante de seu núcleo.
Na prática, um material condutor é definido por qualquer corpo que fica vulnerável durante a transmissão de calor, principalmente a eletricidade. Os materiais condutores são classificados em três grupos: os condutores metálicos, condutores eletrolíticos e condutores gasosos.
Já os isolantes possuem estruturas que não sofrem modificações quando recebem calor e mantêm alta resistência térmica. Os isolantes térmicos são usados diariamente para redução da transferência térmica dos elementos onde estão instalados.
Tipos de condutores
Os condutores e isolantes possuem características singulares. Com relação aos condutores, podem ser classificados em:
Condutores metálicos
Na estrutura dos metais os elétrons ficam livres e distantes do núcleo do átomo. Por isso são doadores de elétrons em potencial, o que possibilita que esses se espalhem de forma ágil, fornecendo assim energia.
Os materiais derivados do cobre e alumínio são os mais usados na condução de energia, justamente por causa dessa grande capacidade. Os fios condutores de eletricidade são os principais componentes das linhas de distribuição de energia elétrica.
Condutores eletrolíticos
Esse tipo de condutor elétrico está presente em soluções de ácidos, bases ou sais contidos na água. Os íons positivos (cátions) e negativos (ânions) são detentores de carga e percorrem sentidos opostos. A partir da dissolução iônica dos compostos a corrente elétrica é gerada, constituída e caracterizada por essa dinamicidade de movimentos opostos.
Condutores gasosos
Esses condutores são considerados de terceira classe e operam através da condutividade pelo deslocamento de cátions e ânions em um sentido oposto. As moléculas não se energizam por si só, esse processo ocorre quando elétrons e moléculas de gás se fundem e retiram elétrons. O fenômeno ocorre com os raios e relâmpagos.
Grupos de isolantes
No quesito estrutura, os isolantes são divididos em três grandes categorias:
Materiais celulares: contêm ar encerrado em alvéolos.
Ex.: aglomerados de cortiça, argamassas celulares, espumas de plásticos.
Materiais fibrosos: estruturam-se de forma que mantêm uma película de ar aderente.
Ex.: lã de vidro, lã de rocha.
Materiais granulares: retém o ar nos períodos entre grânulos.
Ex: granulados de cortiça soltos, vermiculite solta ou aglomerada.
Entre os materiais granulares, os principais isolantes térmicos, estão o betão de agregados ligeiros, compactos como aglomerado de madeira, de camadas múltiplas, a exemplo das placas de gesso incrementadas com fibra mineral.
Os isolantes se apresentam das seguintes formas:
- Material rígido: geralmente sustentáveis.
- Material semi-rígido e flexível: não auto-sustentável.
- Material granular e pulvurento: sem estrutura atômica definida.
- Material pastoso: como o próprio nome sugere, trata-se de um material pastoso modificado por moléculas, tornando-se rígido ou semi-rígido.