Análogo mecânico para condutividade elétrica dos metais: efeito da temperatura

Abstract

Condutividade elétricaé um dos conceitos mais importantes dentro dos aspectos da física moderna com grande extensãoà ciência dos materiais. Elaé responsável por grande parte das aplicações de materiais metálicos e semicondutores. O entendimento de modelos microscópicos que reproduzem certas características,é um passo importante para o entendimento dos materiais. Neste trabalho damos continuidade ao uso de um sistema que se constitui em um análogo mecânico para entendermos como ocorrem as limitações de condutividade elétrica dos metais. Utilizando este modelo investigamos o efeito da temperatura na condutividade. O modelo aqui apresentadoé bastante instrutivo e presta-se muito bem para demonstrações em sala de aula ou mesmo para realização de práticas de laboratórios em cursos de licenciatura ou práticas de ensino de Física no Ensino Médio. Palavras-chave: condutividade, modelo mecânico, modelo de Drude mecânico.Using a mechanical analog of a solid we have demonstrated the Ohm's law showing the proportionality between the flux of current and the applied field. Introducing a vibrating motion into the device, the temperature effect was simulated showing the variation of the analog of conductivity with temperature for a normal conductor. The model is convenient for classroom demonstration of the Ohm's law as well as the variation with temperature. Keywords: conductivity, mechanical model, Drude model. IntroduçãoAs propriedades elétricas dos materiais constituem importantes características que determinam suas aplicações. Dentro de um mundo movido basicamente pela eletricidade, o entendimento das características elétricas dos materiais, de forma claraé importante e serve para esclarecer estudantes e o público em geral de como ocorre a nível microscópico o fenômeno da resistência elétrica nos materiais condutores. Dentro da física, a conexão do mundo microscópico com o mundo macroscópicoé um constante desafio. Normalmente procura-se realizar modelos que começam com a constituição básica da matéria nível atômico-molecular com o objetivo de reproduzir as propriedades macroscópicas do sistema. Dentro dos chamados efeitos elétricos, a condução de corrente por um determinado material condutoré um destes casos onde uma série de efeitos a nível atômico revelam-se através de uma grandeza macroscópica queé a resistência elétrica ou mais precisamente a condutividade dos materiais. Ao procurarmos explicar este fenômeno, normalmente temos que nos basear nas idéias básicas sobre a constituição da matéria e em especial o fato que para que elétrons caminhem pelo material, normalmente há vários obstáculos que funcionam como barreiras ao seu movimento. Está e a essência microscópica para o surgimento da resistência elétrica.O objetivo deste trabalhoé mostrar os conceitos básicos da condutividade elétrica ( ou seu inverso a resistividade elétrica) dos metais através de um modelo mecânico que contém os principais efeitos presentes no sistema real. Através dele, pode-se ter um bom entendimento de vários fatores que influenciam a condutivi...