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CONDUTORES E ISOLANTES

A condutividade elétrica baseia-se no fato de os elétrons da última camada de cada átomo terem facilidade em saltar entre átomos vizinhos (funções de onda comuns).

Para entender melhor o que é um semicondutor, é importante ter claro em mente a idéia de condutor e isolante.

Vamos ver o que acontece quando diferentes materiais são atritados com um tecido de lã e depois aproximados a um outro bastão móvel de vidro previamente eletrizado positivamente.

O plástico moveu o bastão de vidro. Isso prova que ele, após o atrito, se carregou. O metal, porém, não exerceu nenhuma força sobre o vidro. Isso nos mostra que ele não permaneceu eletrizado.

Através desta experiência, vemos que as cargas fornecidas ao metal (pelo atrito) conseguem fluir por este "escapando" pelo corpo da pessoaque o segura e as cargas fornecidas ao plástico não.

Conclui-se, então, que o metal é um bom condutor de eletricidade, pois deixou as cargas escaparem. E o plástico é um mau condutor pois nele as cargas não se moveram.

Condutores

O que caracteriza o material bom condutor é o fato de os elétrons de valência (por exemplo, o cobre possui um elétron na última camada) estarem fracamente ligados ao átomo, podendo ser facilmente deslocados do mesmo. Ora, consideremos, por exemplo, uma barra de cobre que possui um número extremamente elevado de átomos de cobre e apliquemos uma diferença de potencial entre os extremos desta barra. Os elétrons da camada de valência de todos os átomos facilmente se deslocarão sob a ação do campo elétrico produzido pela diferença de potencial aplicada, originando-se uma corrente elétrica no material.

Outros materiais que possuem uma constituição semelhante à do cobre, com um único eletron na camada de valência, são o ouro e a prata, dois outros excelentes condutores de eletricidade.

Isolantes

Obviamente, os materiais isolantes devem corresponder aos materiais que apresentam os elétrons de valência rigidamente ligados aos seus átomos. Entre os próprios elementos simples, existem vários que apresentam os elétrons de valência rigidamente ligados aos átomos. Entretanto, verifica-se que se consegue uma resistividade muito maior com substâncias compostas, como é o caso da borracha, mica, teflon, baquelite etc. (é mais ou menos intuitivo que os átomos se combinam, formando estruturas complexas, os elétrons ficam mais fortemente ligados a estas estruturas)

A resistividade dos semicondutores

Todo material, seja ele isolante ou condutor apresenta uma resistividade, ou seja, resistência ao fluxo de corrente. Essa resistividade é o oposto da condutividade: quanto maior a resistividade, menor a condutividade.

Usa-se o termo resistividade quando se quer comparar níveis de resistência dos materiais. A unidade de resistividade de um material é o ohm-m ou ohm-cm.

Semicondutores

Assim como existem materiais condutores e materiais isolantes, existe um tipo de material que é um meio termo entre esses dois primeiros. Esse material é o semicondutor.

O semicondutor, portanto, possui um nível de condutividade entre os extremos de um isolante e um condutor.

Os materiais semicondutores mais usados na indústria eletrônica são o Germânio (Ge) e o Silício (Si), apesar do Silício predominar a produção atualmente. Seu comportamento se deve à sua ligação química, chamada ligação covalente (por compartilhar elétrons). Nas figuras a seguir você vê a estrutura bidimensional do silício (usada apenas para o entendimento deste) e sua estrutura tridimensional (como realmente é).

Cada átomo do silício se liga a quatro átomos vizinhos através da ligação covalente, ou seja, pares de elétrons (da última camada do Si) são compartilhados entre dois átomos. Os elétrons das camadas internas giram em torno do núcleo.

Um fato importante é que tanto o germânio como o silício apresentam exatamente o mesmo tipo de estrutura que o diamante, variando apenas a dimensão (constante da rede).

Fonte: www.coladaweb.com

CONDUTORES E ISOLANTES

Condutibilidade

Certas substâncias na natureza tem a propriedade de conduzir sinais elétricos e outras não. As primeiras são chamadas de condutores elétricos e as outras isolantes elétricos. Nos materiais condutores a resistência a passagem de sinais elétricos é baixa e nos isolantes é alta. Podemos citar como materiais condutores o cobre, a prata, o alumínio e o ouro. Já como isolantes temos plástico, vidro e cerâmica. Nos fios, dos cabos metálicos de redes, temos sinais elétricos circulando e por isto mesmo eles tem que ser construídos com material condutor. Já a capa que recobre o fio, evitando que haja contato com outros fios, é feita de material isolante.

Seção dos Condutores (Bitola)

Além do material usado, caracterizamos os condutores elétricos pela sua seção transversal (bitola) que é o diâmetro do fio tirando o seu isolamento.

CONDUTORES E ISOLANTES

Quanto maior for a bitola do fio, menor será a resistência apresentada por ele a passagem de sinais elétricos. Mas fios mais grossos apresentam problemas de flexibilidade e são mais difíceis de serem manobrados. Desta forma o condutor tem que ter a seção que seja suficiente para a passagem de sinal e que não dificulte a sua instalação.

A bitola do fio pode ser informada de duas formas: em mm ou usando a norma americana AWG (American Wire Gauge). A tabela abaixo relaciona as duas medidas.

As bitolas dos fios, usados em sistemas de cabeamento, podem variam entre os seguintes valores: 12 AWG (2,05 mm), 20 AWG (0,812 mm), 22 AWG (0,644 mm), 24 AWG (0,511 mm) e 28 AWG (0,321 mm). Dependendo do tipo do cabo e da aplicação as bitolas podem variar.

AWG

Diâmetro (mm)

Área (mm2)

0

8.25

53.40

1

7.35

42.40

2

6.54

33.60

3

5.83

26.70

4

5.19

21.20

5

4.62

16.80

6

4.11

13.30

7

3.67

10.60

8

3.26

8.35

9

2.91

6.62

10

2.59

5.27

11

2.30

4.15

12

2.05

3.31

13

1.83

2.63

14

1.63

2.08

15

1.45

1.65

16

1.29

1.31

17

1.15

1.04

18

1.024

0.823

19

0.912

0.653

20

0.812

0.519

21

0.723

0.412

22

0.644

0.325

23

0.573

0.259

24

0.511

0.205

25

0.455

0.163

26

0.405

0.128

27

0.361

0.102

28

0.321

0.0804

29

0.286

0.0646

30

0.255

0.0503

31

0.227

0.0400

32

0.202

0.0320

33

0.180

0.0252

34

0.160

0.0200

35

0.143

0.0161

36

0.127

0.0123

37

0.113

0.0100

38

0.101

0.00795

39

0.0897

0.00632

Condutor Sólido (Rígido) e Retorcido (Flexível)

Os condutores podem ser do tipo retorcido (vários fios enrolados formam o condutor) ou sólido (composto de um só fio).

CONDUTORES E ISOLANTES

O cabo com fios retorcidos apresenta maior flexibilidade mas em compensação a resistência a passagem de sinal é maior. Com isto a degradação do sinal (atenuação) é maior nos cabos com condutores retorcidos. Convém usá-los então somente em ambientes que exigem que o cabo seja curvado ou dobrado e usar os cabos de condutor sólido nas outras aplicações.

Parâmetros Elétricos

Antes de começarmos a estudar os meios de transmissão é fundamental entendermos algumas propriedades que afetam os sinais elétricos transmitidos nos condutores. Resistência, Capacitância e Indutância são parâmetros elétricos que reagem a passagem de corrente elétrica causando atenuação do sinal. E a impedância é a soma dessas reações contrárias. Um outro parâmetro importante é a freqüência do sinal.

Resistência

A resistência é a força que se opõe a passagem de corrente elétrica em um circuito. No nosso caso o circuito é o condutor elétrico. O fio não é um condutor perfeito. Já vimos que características como bitola e se o condutor é sólido ou retorcido influenciam no nível de resistência que o sinal elétrico encontra no cabo. Porém se esta resistência está em níveis que garantem a passagem do sinal, do transmissor até o receptor, tendo um cabo de boa qualidade e respeitando os comprimentos máximos indicados pelas normas não teremos problemas. A resistência é medida em Ohms (W ).

Atenuação

A resistência encontrada para a passagem do sinal elétrico faz com que ele perca potência a medida que trafega no condutor. Esta perda é chamada de atenuação e é medida em decibéis (db). Quanto maior for o comprimento do condutor maior será a atenuação visto que mais resistência tem que ser vencida.

Capacitância

A capacitância é a condição que o cabo tem de armazenar cargas elétricas funcionando como um acumulador. Esta características faz com que o sinal seja atenuado pois estas cargas elétricas que deveriam estar circulando são retidas. Este fenômeno é causado porque os fios apresentam bolhas e falhas na sua superfície. Estas falhas são microscópicas mas são suficientes para ocasionar problemas caso o fio não seja de boa qualidade. A capacitância é medida em Farad (F) mas o total de capacitância que afeta um sinal em um cabo é chamado de reatância capacitiva e é medida em Ohms.

Indutância

A indutância é um fenômeno de resistência a passagem de corrente elétrica sempre que ela muda de sentido em um meio. Ela é medida em Henry (H) mas o total de indutância que afeta um cabo é chamado de reatância indutiva e é medida em Ohms.

Impedância

Se as características resistivas, capacitivas e indutivas de um cabo se mantém no decorrer dele então da combinação destas propriedades teremos a impedância característica do condutor que é medida em Ohms.

Se existir diferentes níveis de impedância no percurso de um sinal elétrico então teremos problemas de reflexão de sinal. Ou seja, parte do sinal ecoa no sentido contrário.

Freqüência

Se visualizarmos uma onda senoidal, como a mostrada a seguir, a distância entre os pontos A e B é chamada de comprimento de onda e o tempo gasto para percorrer este comprimento é chamado de período (ou ciclo). A quantidade de ciclos que acontecem no tempo de 1 segundo é a freqüência da onda e é medida em Hertz (Hz). Se pensarmos que a cada período podemos enviar uma quantidade X de informações. Quanto maior a freqüência mais informações podemos enviar no mesmo tempo. Porém quanto maior a freqüência maior a possibilidade de gerarmos interferências em outros dispositivos. E além disto freqüências altas exigem meios de transmissão (condutores) de maior qualidade.

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Fonte: www.cablingnet.hpg.ig.com.br

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