- CAPÍTULO 2 MATERIAIS CONDUTORES

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Giuliana Borba Imperial
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1 MATERIAIS ELÉTRICOS Prof. Rodrigo Rimoldi - CAPÍTULO 2 MATERIAIS CONDUTORES (Aula 6)

2 Metais Mercúrio (Hg)

3 Metais Único metal líquido à temperatura ambiente; Resistividade relativamente elevada ( Ω m); Aplicações: Condutor em contatos de relés; Catodo líquido; Termômetros resistivos; Lâmpadas (vapor de mercúrio). O vapor de mercúrio é tóxico. Mercúrio (Hg)

4 Metais Níquel (Ni)

5 Metais Níquel (Ni) Elevada dureza e temperatura de fusão (1450 C); Pode ser magnetizado fracamente (possui propriedades ferromagnéticas); Grande importância elétrica: confere excelentes características físicas às ligas em que participa; É resistente à sais, gases e materiais orgânicos, mas á sensível à ação do enxofre; Resistividade: 9, Ω m.

6 Aplicações: CAP. 2 MATERIAIS CONDUTORES Metais Ligas: magnéticas, aço (inoxidável), termoestáveis (ex.: cromel e alumel), ligas para resistências elétricas; Revestimentos anticorrosivos (niquelamento); Fios de eletrôdos; Anodos (bateriais níquel-cádmio); Parafusos; Etc. Níquel (Ni)

7 Metais Zinco (Zn)

8 Metais Zinco (Zn) Possui grande coeficiente de dilatação térmica e baixo ponto de fusão; Estável quimicamente no ar: óxido ou carbonato de zinco pelicular agem como isolantes e protegem o material da corrosão; Resistividade: 6, Ω m.

9 Metais Zinco (Zn) Aplicações: Eletrodo negativo (anodo) de baterias: facilidade em sofrer corrosão galvânica quando em contato com outros metais; Galvanização: proteção anticorrosiva de metais; Ligas: latão (Zn + Cu).

10 Metais Cromo (Cr)

11 Extremamente duro; Metais Resistividade relativamente elevada ( Ω m); Elevada temperatura de fusão (1920 C); Não se modifica em contato com o ar, garantindo bom polimento; Oxidação: somente para temperaturas superiores a 500 C, principalmente na presença de enxofre e sais. Cromo (Cr)

12 Metais Cromo (Cr) Aplicações: Proteção de metais mais sensíveis à oxidação; Amplamente usado na fabricação de fios (forma pura ou em ligas).

13 Metais Tungstênio (W)

14 Metais Tungstênio (W) Apresenta temperaturas-limite extremamente elevadas (fusão: 3380 C); Resistividade baixa (5, Ω m); É muito duro e quebradiço (sua estrutura cristalina original não permite usinagens ou furações convencionais); Processo de manufatura e obtenção de produtos elétricos é difícil e de custo elevado;

15 Aplicações: CAP. 2 MATERIAIS CONDUTORES Metais Tungstênio (W) Filamentos de lâmpadas incandescentes: estrutura cristalina precisa ser modificada para uma disposição linear para torná-lo menos quebradiço; Arcos voltaicos intensos e outras ligas sujeitas a temperaturas elevadas.

16 Metais Cádmio (Cd)

17 Metais Cádmio (Cd) Ocorre naturalmente em pequenas quantidades associado ao zinco; É mais mole e mais caro que o zinco, mas as demais propriedades são bastantes similares; Principal aplicação: baterias (NiCd, por exemplo); É venenoso; Resistividade: 6, Ω m.

18 Carvão e grafite

19 Carvão e grafite Formas alotrópicas do carbono(c): Amorfos; Grafite; Diamante (não é condutor de eletricidade); Fulerenos; Nanotubos; Nanoespumas (descoberta recentemente); Carvão: hidrocarboneto (C + H);

20 Carvão e grafite Grafite: Forma alotrópica densa, frágil e barata; Melhor condutor de eletricidade; Um tanto oleoso e menos sensível aos agentes químicos que os carbonos amorfos; Enquanto as propriedades do grafite são bem definidas, as dos carbonos amorfos dependem da sua origem e das condições de formação.

21 Carvão e grafite Grafite (continuação): Forma natural: ocorre na natureza e, na maioria das vezes, necessita de purificação e classificação granulométrica para ser utilizado comercialmente; Forma sintética (grafitização): Produzido a partir de outras formas de carbono, como coque e antracita; Primeiro materiais são reduzidos a pó e compactados; Depois são submetidos a altas temperaturas ( 2200ºC), geralmente através da passagem de corrente elétrica O produto obtido recebe o nome de carvão eletrografítico.

22 Carvão e grafite Aplicações de grafite e carvão eletrografítico: Muito utilizados na tecnologia de resistores, de potenciômetros de carvão e na produção de eletrodos para fornos elétricos; Apresentam propriedades lubrificantes, pois oferecem um baixo coeficiente de atrito em contatos de peças deslizantes. Desta forma, são utilizados como comutadores em escovas coletoras de motores.

23 Carvão e grafite Outras aplicações: Elementos de resistência: As qualidades refratárias do carvão e a sua perfeita resistência ao choque térmico, aliados a um grande poder irradiante, o tornam adequado à fabricação de resistências para altas temperaturas; As resistências de carvão apresentam-se sob a forma de barras de seção circular, cheias ou tubulares, toros, anéis, etc; A ligação do circuito às resistências de carvão exige precauções especiais, conseguindo-se, no entanto, um bom contato com o cobre. Resistências fixas elevadas: através do emprego de aglomerados de carbono com uma base isolante mineral e um ligante orgânico; Eletrodos para fornos a arco elétrico: aplicação mais abundante de carvão em eletrotécnica.

24 Carvão e grafite TIPOS DE FORNOS A ARCO: Fornos a arco direto Fornos a arco submerso Fornos a arco indireto

25 Carvão e grafite Vantagens dos eletrodos de carvão eletrografítico sobre os de carvão amorfo: Maior condutividade, o que reduz as perdas por efeito Joule e permite maiores densidades de corrente; Menor suscetibilidade às ações químicas, queimando-se e desagregando-se menos.

26 Fatores que influenciam a resistividade Temperatura Aumento de temperatura Vibração nas partículas aumenta Maior movimentação de elétrons livres Aumento da resistividade Aquecimento do material Aumento das perdas de energia por colisões

27 Fatores que influenciam a resistividade Temperatura Curva característica temperatura-resistência: Não é linear para algumas faixas; É praticamente linear na região que compreende a temperatura ambiente (convencionalmente 20 ºC).

28 Fatores que influenciam a resistividade Temperatura T A θ ΔT ΔR Coeficiente de variação da resistência com a temperatura ou Coeficiente de temperatura da resistividade Declividade (θ) do segmento linear da curva: tg R T R Dividindo os 2 membros da equação por R T A, tem-se: tg R T A 1 R T A R T T B B T T B B R T R T T A A T A A T A

29 Fatores que influenciam a resistividade Temperatura Conhecidos R T1 e α T1 de um metal, pode-se determinar R T2 : R T2 R T1 Logo, para a temperatura de referência de 20 ºC, tem-se: 1 T1 RT R T 2 T 1 T 20 Desprezando as alterações nas dimensões físicas do condutor durante a variação de temperatura, tem-se: T l A 20 l A 1 20 T 20 T 20 T

30 Fatores que influenciam a resistividade Temperatura de referência: 20 ºC Temperatura Condutor ρ 20 (Ω m) α 20 ( C -1 ) Condutor ρ 20 (Ω m) α 20 ( C -1 ) Cobre 1, , Tungstênio 5, , Alumínio 2, , Níquel 7, , Prata 1, , Platina 10, , Ouro 2, , Grafite 1, , Mercúrio , Constantan ,0 10-3

31 Fatores que influenciam a resistividade Temperatura Significado físico de α: demonstra a capacidade do material de liberar para o ambiente o aquecimento causado pelas perdas; Conforme tabela, existem dois tipos de materiais (de acordo com o α): PTC (α > 0): resistência elétrica aumenta com o aumento da temperatura; Exemplos: metais puros em geral. NTC (α < 0): resistência elétrica diminui com o aumento da temperatura; Exemplos: grafite, algumas ligas resistivas, semicondutores puros e isolantes.

32 Fatores que influenciam a resistividade Frequência A distribuição uniforme de corrente através da seção de um condutor existe apenas para a corrente contínua; Aumento da frequência: gera uma distribuição não-uniforme de corrente (Efeito Pelicular ou Skin), pois em um condutor circular a densidade de corrente geralmente aumenta do interior em direção a superfície; Efeito Pelicular: É intensificado à medida que a frequência do sinal de corrente AC aumenta; A área efetivamente ocupada pela corrente AC é menor do que a ocupada pela corrente DC, acarretando um aumento na resistência e no aquecimento do material (Efeito Joule);

33 Fatores que influenciam a resistividade Frequência

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