CONDUTORES E ISOLANTES, SEMICONDUTORES E SUPERCONDUTORES.

• CONDUTORES E ISOLANTES

É facil estabelecer uma corrente elétrica em metais porque um ou mais dos elétrons das camadas mais externas desses átomos não estão firmemente presos aos núcleos. Ao contrário, eles são praticamente livres para vagar pelo material.

Tais materiais são chamados de condutores. Os metais são bons condutores de corrente elétrica pela mesma razão pela qual sãobons condutores de calor. Os elétrons de suas camadas mais externas estão "frouxos".

Em outros materiais, borracha e vidro, por exemplo, os elétrons estão firmemente ligados e pertencem de fato a átomos individuais. Eles não são livres para vagar por entre os outros átomos do material. Consequentemente, não é fácil fazê-los fluir. Esses materiais são maus condutores de corrente elétrica pela mesma razão pela qual eles são normalmente maus condutores de calor. Esses materiais são chamados isolantes.

Todas as substâncias podem ser ordenadas de acordo com sua facilidade de conduzir corrente elétrica. No topo dessa lista, situam-se os bons condutores, e no fim os bons isolantes. As extremidades da lista estão muito distantes. A condutividade de um metal, por exemplo, pode ser mais do que um milhão de trilhão de vezes maior do que a de um isolante como o vidro. Num fio elétrico duplo comum, os elétrons fluem por vários metros do fio em vez de fluirem diretamente de um fio para o seu vizinho através dos poucos centímetros do siolamento de borracha que os separa.

• SEMICONDUTORES

Uma determinada substância pode ser classificada como condutora ou isolante, dependendo de quão fortemente seus átomos seguram os elétrons. Um pedaço de cobre é um bom condutor, enquanto um de madeira é um bom isolante. Certos materiais tais como o germânio e o silício, entretanto, não são bons condutores nem bons isolantes. Esses materiais caem no meio da faixa de resistividade elétrica, sendo condutores medíocres em sua forma cristalina purae tornando-se excelentes condutores quando apenas um átomo em 10 milhões é substituído por uma impureza, que adiciona ou retira elétrons da estrutura cristalina. Materiais que podem se comportar algumas vezes como isolantes e algumas vezes como condutores são chamados de semicondutores. Camadas finas de materiais semicondutores empilhadas juntas formam os transistores, usados para controlar o fluxo de corrente em circuitos, detectar e amplificar sinais de rádio e produzir oscilações elétricas em tranmissores; atuam também como chaves digitais. Esses minúsculos sólidos foram os primeiros componentes elétricos em que materiais com características elétricas diferentes não foram conectados por fios, mas unidos fisicamente numa só estrutura. Eles requerem muito pouca potência e, usados normalmente, duram longo tempo.

Um semicondutor também conduzirá eletricidade quando luz de cor apropriada incidir nele. Uma placa de selênio puro normalmente é um bom isolante, e qualquer carga elétrica colocada sobre sua superfície ali permanecerá por longos períodos, desde que esteja escuro. Se a placa for exposta à luz, entretanto, a carga escapará para fora da placa quase que imediatamente. Se uma placa de selênio carregada for exposta a um padrão luminoso, tal comoo padrão de claro e escuro que constitui esta página, por exemplo, a carga escapará apenas das áreas expostas à luz. Se um pó plástico preto fosse espalhado sobre ela, ele grudaria apenasnas áreasue estão carregadas, onde a placa não foi exposta à luz. Agora, se um pedaço de papel, com uma carga elétrica localizada sobre seu verso, fosse colocado sobre a placa, o pó plástico preto seria transferido para o papel, formando o mesmo padrão que digamos, o desta página. Se o papel fosse, então, aquecido de modo a derreter o plástico e a fundí-lo com o papel, você poderia pagar alguns centavos por ele, e chamá-lo de cópia xerox.

• SUPERCONDUTORES

Um condutor ondinário oferece apenas uma pequena resistência ao fluxo de carga elétrica. Um isolante oferece uma resistência muito maior (abordaremos o tópico sobre resistência elétrica mais à frente). Notavelmente, a temperaturas suficientemente baixas, determinadas materiais adquirem resistência nula (ou condutividade infinita) ao fluxo de carga. Esses são os materiais supercondutores. Uma vez que a corrente elétrica tenha sido estabelecida num supercondutor, ela fluirá indefinidamente. Sem resistência elétrica alguma a corrente passa pelo material sem sofrer perda de energia: nenhum aquecimento ocorre durante o fluxo da carga. A supercondutividade em metais próximos ao zero absoluto foi descoberta em 1911. Em 1987, foi a descoberta a supercondutividade em"altas" temperaturas (acima de 100 K) num composto não -metalico. Presentemente, estão sendo objeto de intensas pesquisas materiais que são supercondutores tanto em baixas como em altas temperaturas. As potenciais aplicações incluem transmissão de energia agrandes distâncias sem perdas e veículos de alta velocidade magneticamente levitados, para substituir os trens.