Quando o cobre é considerado mais pesadometal do que o alumínio, então suas densidades são comparadas. Da mesma forma, quando se diz que o cobre é melhor condutor do que o alumínio, compara-se sua resistividade (ρ), cujo valor não depende do tamanho ou da forma de uma amostra em particular - apenas do próprio material.
Resistência é uma medida de resistênciacondutividade elétrica para um determinado tamanho de material. Seu oposto é a condutividade elétrica. Os metais são bons condutores elétricos (alta condutividade e baixo ρ), enquanto os não metais são geralmente maus condutores (baixa condutividade e alto ρ).
O mais familiar termelétricoresistência mede o quão difícil é para um material conduzir eletricidade. Depende do tamanho da peça: a resistência é maior para uma seção mais longa ou estreita do material. Para eliminar o efeito do tamanho da resistência, a resistividade do fio é usada - uma propriedade do material que é independente do tamanho. Para a maioria dos materiais, a resistência aumenta com a temperatura. A exceção são os semicondutores (por exemplo, silício), nos quais ele diminui com a temperatura.
A facilidade com que o material conduz calormedido pela condutividade térmica. Como uma primeira estimativa, bons condutores elétricos também são bons condutores térmicos. A resistência é indicada pelo símbolo r, e sua unidade de medida é um ohmímetro. A resistência do cobre puro é de 1,7 x 10 -8 ohm. Este é um número muito pequeno - 0,000 000 017 Ohm, o que significa que um metro cúbico de cobre praticamente não tem resistência. Quanto mais baixa for a resistividade (ohmímetro ou Ωm), melhor será o material usado na fiação elétrica. A resistência é o outro lado da condução.
O valor da resistência do material é frequentementeusado para classificar como um condutor, semicondutor ou isolante. Os elementos sólidos são classificados como isolantes, semicondutores ou condutores por sua "resistência estática" na tabela periódica dos elementos. A resistividade em um isolador, semicondutor ou material condutor é a principal propriedade considerada para aplicações elétricas.
A tabela mostra alguns dados para ρ, σ e coeficientes de temperatura. Para metais, a resistência aumenta com o aumento da temperatura. O oposto é verdadeiro para semicondutores e muitos isoladores.
| Material | ρ (Ωm) a 20 ° C | σ (S / m) a 20 ° C | Coeficiente de temperatura (1 / ° C) x10 ^ -3 |
| Prata | 1,59 × 10 -8 | 6,30 x 10 7 | 3,8 |
| Cobre | 1,68 × 10 -8 | 5,96 × 10 7 | 3,9 |
| Ouro | 2,44 × 10 -8 | 4,10 x 10 7 | 3,4 |
| Alumínio | 2,82 × 10 -8 | 3,5 × 10 7 | 3,9 |
| Tungstênio | 5,60 × 10 -8 | 1,79 × 10 7 | 4.5 |
| Zinco | 5,90 × 10 -8 | 1,69 × 10 7 | 3,7 |
| Níquel | 6,99 × 10 -8 | 1,43 × 10 7 | 6 |
| Lítio | 9,28 × 10 -8 | 1,08 × 10 7 | 6 |
| Ferro | 1,0 × 10 -7 | 1,00 × 10 7 | 5 |
| Platina | 1,06 × 10 -7 | 9,43 × 10 6 | 3,9 |
| Liderar | 2,2 × 10 -7 | 4,55 × 10 6 | 3,9 |
| Constantan | 4,9 × 10 -7 | 2,04 × 10 6 | 0,008 |
| Mercúrio | 9,8 × 10 -7 | 1,02 × 10 6 | 0.9 |
| Nicromo | 1,10 × 10 -6 | 9,09 × 10 5 | 0,4 |
| Carbono (amorfo) | 5 × 10 -4 até 8 × 10 -4 | 1,25-2 × 10 3 | -0,5 |
Para qualquer temperatura, podemos calcular a resistência elétrica de um objeto em ohms usando a seguinte fórmula.
Nesta fórmula:
A resistividade é igual a um certo número de ohmetros. Apesar do fato de que a unidade de ρ no sistema SI é geralmente um ohmímetro, às vezes a dimensão ohm por centímetro é usada.
A resistência de um material é determinada pela magnitude do campo elétrico que o atravessa, o que dá uma certa densidade de corrente.
ρ = E / J, onde:
Como determinar a resistividade?Muitos resistores e condutores têm uma seção transversal uniforme com um fluxo uniforme de corrente elétrica. Portanto, existe uma equação mais específica, mas mais amplamente utilizada.
ρ = R * A / J, onde:
A resistência elétrica de um material também é conhecida comoresistência elétrica específica. Esta é uma indicação de quão fortemente o material resiste ao fluxo de corrente elétrica. Ela pode ser determinada dividindo-se a resistência por uma unidade de comprimento e por uma unidade de área da seção transversal, para um material específico em uma determinada temperatura.
Isso significa que um ρ baixo indica um materialo que permite que os elétrons se movam facilmente. Por outro lado, um material com alto ρ terá alta resistência e impedirá o fluxo de elétrons. Elementos como cobre e alumínio são conhecidos por seu baixo ρ. A prata e, em particular, o ouro têm um valor ρ muito baixo, mas por razões óbvias seu uso é limitado.
Os materiais são colocados em diferentes categorias, dependendo de seu valor ρ. Um resumo é mostrado na tabela abaixo.
O nível de condutividade de semicondutores depende denível de liga. Sem dopagem, quase parecem isolantes, o mesmo para os eletrólitos. O nível ρ dos materiais varia amplamente.
| Categorias de equipamentos e tipos de materiais | Região de resistividade dos materiais mais comuns dependendo de ρ |
| Eletrólitos | Variável |
| Isolantes | ~ 10 ^ 16 |
| Metais | ~ 10 ^ -8 |
| Semicondutores | Variável |
| Supercondutores | 0 |
Na maioria dos casos, a resistência aumentacom temperatura. Como resultado, torna-se necessário entender a dependência da resistência com a temperatura. A razão para o coeficiente de resistência de temperatura em um condutor pode ser explicada intuitivamente. A resistência de um material depende de vários fenômenos. Um deles é o número de colisões que ocorrem entre portadores de carga e átomos em um material. A resistividade do condutor aumentará com o aumento da temperatura, conforme o número de colisões aumenta.
Isso pode não ser sempre o caso, e é devido ao fato de que comum aumento na temperatura libera portadores de carga adicionais, que levarão a uma diminuição na resistividade dos materiais. Este efeito é freqüentemente visto em materiais semicondutores.
Ao considerar a dependência da temperaturaO coeficiente de resistência de temperatura de resistência é geralmente considerado como seguindo uma lei linear. Isso se aplica à temperatura ambiente e para metais e muitos outros materiais. No entanto, verificou-se que os efeitos de resistência resultantes do número de colisões nem sempre são constantes, especialmente em temperaturas muito baixas (fenômeno da supercondutividade).
A resistência de um condutor a qualquer temperatura pode ser calculada a partir do valor da temperatura e seu coeficiente de resistência à temperatura.
R = Rref * (1+ α (T- Tref)), onde:
Coeficiente de resistência de temperatura, geralmente padronizado para uma temperatura de 20 ° C. Consequentemente, a equação comumente usada em um sentido prático é:
R = R20 * (1+ α20 (T- T20)), onde:
A tabela de resistência abaixo contémmuitas das substâncias comumente usadas em engenharia elétrica, incluindo cobre, alumínio, ouro e prata. Essas propriedades são especialmente importantes porque determinam se uma substância pode ser usada na fabricação de uma ampla variedade de componentes elétricos e eletrônicos, desde fios até dispositivos mais complexos, como resistores, potenciômetros e muitos outros.
| Tabela de resistividade de diferentes materiais a uma temperatura externa de 20 ° C | |
| Materiais | Resistência OM a 20 ° C |
| Alumínio | 2,8 x 10 -8 |
| Antimônio | 3,9 × 10 -7 |
| Bismuto | 1,3 x 10 -6 |
| Latão | ~ 0,6 - 0,9 × 10 -7 |
| Cádmio | 6 x 10 -8 |
| Cobalto | 5,6 × 10 -8 |
| Cobre | 1,7 × 10 -8 |
| Ouro | 2,4 x 10 -8 |
| Carbono (grafite) | 1 x 10 -5 |
| Germânio | 4,6 x 10 -1 |
| Ferro | 1,0 x 10 -7 |
| Liderar | 1,9 × 10 -7 |
| Nicromo | 1,1 × 10 -6 |
| Níquel | 7 x 10 -8 |
| Paládio | 1,0 x 10 -7 |
| Platina | 0,98 x 10 -7 |
| Quartzo | 7 x 10 17 |
| Silício | 6,4 x 10 2 |
| Prata | 1,6 × 10 -8 |
| Tântalo | 1,3 x 10 -7 |
| Tungstênio | 4,9 x 10 -8 |
| Zinco | 5,5 x 10 -8 |
Os condutores são compostos de materiais queconduzir uma corrente elétrica. Metais não magnéticos são geralmente considerados condutores ideais de eletricidade. Vários condutores de metal são usados nas indústrias de fios e cabos, mas os mais comuns são cobre e alumínio. Os condutores têm propriedades diferentes, como condutividade, resistência à tração, peso e impacto ambiental.
A resistividade de um condutor de cobre é muitomais comumente usado na produção de cabos do que o alumínio. Quase todos os cabos eletrônicos são feitos de cobre, assim como outros dispositivos e equipamentos que usam a alta condutividade do cobre. Os condutores de cobre também são amplamente utilizados na distribuição e geração de energia automotiva. Para economizar peso e custos, as empresas de transmissão usam alumínio em linhas de transmissão aéreas.
O alumínio é usado em indústrias onde é importanteleveza, como a construção de aeronaves, no futuro espera-se aumentar sua utilização na indústria automotiva. Para cabos mais potentes, o fio de alumínio revestido de cobre é usado para explorar a resistividade do cobre, obtendo uma economia significativa de peso estrutural com o alumínio leve.
O cobre é um dos materiais mais antigos conhecidos.Sua plasticidade e condutividade elétrica foram exploradas pelos primeiros experimentadores elétricos, como Ben Franklin e Michael Faraday. O baixo ρ dos materiais de cobre fez com que fossem adotados como os principais condutores usados em invenções como o telégrafo, o telefone e o motor elétrico. O cobre é o metal condutor mais comum. Em 1913, o International Standard for Annealing Copper (IACS) foi adotado para comparar a condutividade de outros metais com o cobre.
De acordo com este padrão, comercialmente puroo cobre recozido tem uma condutividade de 100% IACS. A resistividade dos materiais é comparada com a referência. O cobre comercialmente puro produzido hoje pode ter valores de condutividade IACS mais altos, pois a tecnologia de processamento avançou significativamente com o tempo. Além da condutividade superior do cobre, o metal possui alta resistência à tração, condutividade térmica e expansão térmica. O fio de cobre recozido usado para fins elétricos atende a todos os requisitos da norma.
Apesar do fato de que o cobre tem uma longa história emComo material para geração de energia, o alumínio possui certas vantagens que o tornam atraente para uma aplicação específica, e sua resistividade de corrente permite ampliar muitas vezes a área de uso. O alumínio tem 61% de condutividade de cobre e apenas 30% de cobre por peso. Isso significa que um fio de alumínio pesa a metade de um fio de cobre, com a mesma resistência elétrica.
O alumínio é geralmente mais barato em comparação comcondutor de cobre. Os condutores de alumínio são compostos de várias ligas e têm um teor mínimo de alumínio de 99,5%. Nas décadas de 1960 e 1970, devido ao alto preço do cobre, essa classe de alumínio passou a ser amplamente utilizada na fiação elétrica doméstica.
Devido à baixa qualidade de mão de obra,conexões e diferenças físicas entre alumínio e cobre, dispositivos e fios feitos com base em suas conexões, no lugar de contatos cobre-alumínio, tornaram-se perigosos para o incêndio. Para neutralizar o processo negativo, ligas de alumínio foram desenvolvidas com propriedades de fluência e alongamento mais semelhantes às do cobre. Essas ligas são utilizadas na fabricação de fios trançados de alumínio, cuja resistividade de corrente é aceitável para uso em massa, atendendo aos requisitos de segurança para redes elétricas.
Se o alumínio for usado em locais onde anteriormente era usado cobre, para manter o mesmo desempenho da rede, é necessário usar fio de alumínio com o dobro do tamanho do fio de cobre.
Muitos dos materiais encontrados na tabelaresistividade, amplamente utilizada em eletrônica. Alumínio e especialmente cobre são usados devido ao seu baixo nível de resistência. A maioria dos fios e cabos usados hoje para conexões elétricas é feita de cobre porque fornece um ρ baixo e é acessível. A boa condutividade do ouro, apesar do preço, também é utilizada em alguns instrumentos de alta precisão.
O folheado a ouro é frequentemente encontrado emconexões de baixa tensão de alta qualidade em que a tarefa é fornecer a menor resistência de contato. A prata não é amplamente utilizada na engenharia elétrica industrial, pois se oxida rapidamente e isso resulta em alta resistência de contato. Em alguns casos, o óxido pode atuar como um retificador. A resistência ao tântalo é usada em capacitores, níquel e paládio em conexões finais para muitos componentes de montagem em superfície. O quartzo encontra sua principal aplicação como elemento ressonante piezoelétrico. Cristais de quartzo são usados como elementos de frequência em muitos osciladores, onde seu valor alto permite loops de frequência confiáveis.
