Condutividade Elétrica: Mho, Siemens
A condutividade elétrica e suas fórmulas são freqüentemente usadas em engenharia elétrica e eletrônica com as unidades de siemens ou mhos.
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Nosso tutorial sobre Resistência Inclui:
O que é resistência | Lei de Ohms | Condutores ôhmicos e não ôhmicos | Resistência da lâmpada de incandescência | Resistividade | Tabela de resistividade para materiais comuns | Coeficiente de temperatura de resistência | Coeficiente de tensão de resistência, VCR | Condutividade elétrica | Resistores em série e em paralelo | Tabela de resistores paralelos
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Ao contrário da resistência que mede a oposição a um fluxo de corrente elétrica, a condutividade elétrica ou condutância elétrica é uma medida de como uma corrente elétrica se move dentro de uma substância.
Quanto maior a condutividade elétrica dentro de um material, maior a densidade de corrente para uma dada diferença de potencial aplicada.
Desta forma, pode-se ver que a condutividade elétrica ou condutância elétrica de uma substância é uma medida de sua capacidade de conduzir eletricidade.
A condutividade elétrica ou condutância elétrica de um material é importante porque algumas substâncias são necessárias para conduzir eletricidade da melhor maneira possível. Os condutores de fio precisam permitir que a corrente flua o mais facilmente possível. Outros materiais podem ser necessários para restringir o fluxo de corrente, como no caso de um resistor, e outros materiais são necessários para não conduzir eletricidade, como no caso de isoladores.
Noções básicas de condutividade elétrica
A condutividade elétrica é uma relação entre a densidade de corrente e a intensidade do campo elétrico. Quanto maior o valor da condutividade, menor a resistência que ela oferece ao fluxo de corrente elétrica.
O valor da condutividade elétrica depende da capacidade de elétrons ou outros portadores de carga, como buracos, se moverem dentro da rede do material.
Materiais altamente condutores, como o cobre, permitem o livre movimento de elétrons dentro de sua rede molecular. Existem elétrons livres dentro da rede.
Materiais com baixo nível de condutividade ou condutância têm muito poucos elétrons livres em sua estrutura. Os elétrons são mantidos firmemente dentro da estrutura molecular e requerem um nível significativo de energia para puxá-los para fora.
Unidades de condutividade elétrica: siemens e mho
As unidades de condutividade elétrica são siemens por metro, S⋅m -1 .
O siemens também costumava ser chamado de mho – este é o recíproco de um ohm, e isso é inferido soletrando ohm ao contrário.
A condutância é o recíproco da resistência e um siemens é igual ao recíproco de um ohm.
O nome siemens para a unidade de condutância foi adotado pela 14ª Conferência Geral de Pesos e Medidas como uma unidade derivada do SI em 1971. Recebeu o nome de Ernst Werner von Siemens.
Como em todo SI, nome do Sistema Internacional de Unidades que deriva do nome próprio de uma pessoa, a primeira letra de seu símbolo é maiúscula, ou seja, neste caso a letra “S” denota um valor em siemens, 10S. Quando o nome completo de uma unidade SI é escrito em inglês, ele deve sempre começar com uma letra minúscula, ou seja, neste caso siemens. A exceção a isso é onde qualquer palavra seria maiúscula, como no caso do início de uma frase, etc.
O símbolo mais comumente usado é a versão minúscula da letra grega sigma, σ, embora mas kappa, &kappa, gamma, &gamma também sejam usados em algumas ocasiões.
Embora as unidades SI para condutividade sejam as mais amplamente utilizadas, os valores de condutividade são frequentemente expressos em termos de seu valor percentual IACS. O IACS, International Annealed Copper Standard, foi estabelecido pela Comissão Eletroquímica Internacional de 1913.
A condutividade do cobre recozido (5,8001 x 107S/m) é definida como 100% IACS a 20°C.
Todos os outros valores de condutividade estão relacionados a esse valor de condutividade. Isso significa que o ferro com um valor de condutividade de 1,04 x 107 S/m tem uma condutividade de aproximadamente 18% da do cobre recozido e isso é dado como 18% IACS.
Como os métodos de processamento metálico melhoraram desde a introdução do padrão, alguns produtos modernos de cobre agora têm valores de condutividade IACS maiores que 100% IACS porque mais impurezas podem agora ser removidas do metal.
Fórmulas de condutividade elétrica
A resistividade e a condutividade estão inter-relacionadas. A condutividade é o inverso da resistividade. Assim, é fácil expressar um em termos do outro.
Onde:
σ é a condutividade do material em siemens por metro, S⋅m -1
ρ é a resistividade do material em ohm metros, Ω⋅m
Isso pode então ser substituído na fórmula de resistividade para fornecer a seguinte relação.
Onde:
σ é a condutividade do material em siemens por metro, S⋅m -1
E é a magnitude do campo elétrico em volts por metro, V⋅m -1
J é a magnitude da densidade de corrente em amperes por metro quadrado , A⋅m -2
Frequentemente é necessário relacionar a condutividade a um comprimento específico de material com uma área de seção transversal constante.
Usando este diagrama, é possível relacionar a condutividade à resistência, comprimento e área da seção transversal da amostra na fórmula de condutividade abaixo.
Onde:
R é a resistência elétrica de uma amostra uniforme do material medida em ohms
l é o comprimento da peça de material medida em metros, m
A é a área da seção transversal da amostra medida em metros quadrados, m 2
Usando essas fórmulas de condutividade elétrica é possível calcular a condutividade a partir do conhecimento da resistência, comprimento e área da seção transversal de um bloco de um material.
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