Classificação geral dos materiais
Quantas e quais são as classes dos materiais?
A grande variedade de utilizações determina um total conhecimento das características dos materiais, e do seu comportamento em função do tempo. Os materiais eléctricos dividem-se em:
- Materiais de Isolamento: este tipo de materiais são usados para evitar a passagem de corrente eléctrica entre componentes e circuitos, tais como plásticos, vidro, borracha, papel e cerâmica.
- Condutores Eléctricos: estes materiais são usados para conduzir corrente eléctrica, tais como o cobre, o alumínio, o chumbo e o zinco.
- Semicondutores: são materiais cuja condutividade eléctrica está entre os condutores e os materiais de isolamento, tais como silício, germânio e nitretos de silício.
- Magnéticos: são materiais usados para a produção de campos magnéticos, tais como ferrite e neodímio.
- Ópticos: são materiais usados para a produção de luz, tais como vidro, cristais e plásticos.
Materiais condutores
Materiais condutores são materiais que possuem propriedades de conduzir electricidade ou calor com facilidade. Os materiais condutores são aqueles que permitem a circulação de eletrões, constituindo um caminho para que a corrente eléctrica flua. Os metais são os principais materiais condutores, mas também existem outros como água, óleo, grafite, carbono, etc.
Materiais isoladores
Materiais isoladores de eletricidade são materiais que não permitem a passagem de corrente eléctrica. Eles são usados para evitar curto-circuitos, proteger dispositivos electrónicos e promover a segurança eléctrica. Os materiais isolantes mais comuns são plásticos, vidros, borrachas sintéticas, cerâmicas, resinas, óleos minerais e madeiras. Eles são classificados com base em seus limites de tensão, resistência ao calor e resistência ao choque térmico. A maioria dos materiais isolantes têm resistência eléctrica elevada, resistência à temperatura e resistência à humidade.
Materiais semi-condutores
Materiais semi-condutores são materiais usados em dispositivos electrónicos para controlar a electricidade. Eles têm propriedades de condutividade que estão entre as de condutores e isolantes. Os materiais semi-condutores mais comuns são o silício, o germanio e o arseniuro de fósforo. Eles são usados para fabricar transistores, circuitos integrados, diodos e outros dispositivos que controlam a electricidade. Os materiais semi-condutores também são usados em dispositivos de energia solar, display de cristal líquido, lasers, circuitos de áudio, displays de matriz de pontos e outros dispositivos electrónicos como transistores, diodos, circuitos integrados,.
Materiais semi-condutores são materiais que permitem a condução de electricidade ao serem polarizados. Eles são formados por átomos que possuem ligações covalentes incompletas entre seus electrões permitindo a movimentação destes electrões ao serem polarizados. O envolvimento destes materiais com a electricidade é tão grande que até mesmo a luz pode ser convertida em electricidade ao passar através destes materiais.
Materiais magnéticos
Materiais magnéticos são materiais que possuem propriedades magnéticas que permitem que eles sejam usados para gerar, armazenar e transmitir energia eléctrica. Estes materiais são usados como componentes em motores eléctricos, transformadores, cargas e outras aplicações industriais. Os materiais magnéticos de electricidade mais comuns são os ímãs permanentes, material ferromagnético, eletroímãs, que são a base para a maioria dos motores, geradores e transformadores eléctricos. Eles também são usados em sistemas de armazenamento de energia eléctrica, como baterias, supercapacitores e tanques de hidrogênio. Além disso, estes materiais são usados em dispositivos electrónicos, como computadores, telefones celulares e televisores, para serem usados como campos magnéticos para a transmissão de sinais.
Estes materiais são usados em uma ampla variedade de aplicações, desde o armazenamento de dados em computadores até a execução de máquinas de grande porte.
Materiais ópticos
Materiais ópticos de eletricidade permitem a condução de luz ou energia eléctrica. Eles são usados em dispositivos electrónicos, ópticos e de telecomunicações, como optoacopladores, sensores ópticos, LEDs, moduladores ópticos, etc. Estes materiais podem ser classificados em três categorias principais: semicondutores ópticos, materiais dielectricos ópticos e materiais magnéticos ópticos. Alguns exemplos de materiais ópticos de electricidade incluem silício, germanium, sapphire, óxido de titânio, alumínio, plástico e vidro.
Materiais ópticos são materiais que são usados para manipular luz para vários fins. Eles são usados com frequência na eletricidade para gerar, manipular e transportar luz, geralmente usando meios físicos e químicos. Estes materiais são usados para criar dispositivos ópticos, como lentes, fibra óptica, prismas, espelhos, etc. A luz é usada para gerar sinais eléctricos e transmitir informação.
Quais são os estados dos materiais eléctricos?
Os materiais utilizados em electrotecnia encontram-se em três estado físicos a saber:
- Sólido
- Líquido
- Gasoso
1. Estado Sólido
Estado sólido dos materiais eléctricos e electrónicos é o estado físico de um material que consiste em átomos e/ou moléculas interligadas por ligações químicas ou físicas. Neste estado, o material é geralmente sólido, com propriedades físicas e eléctricas bem definidas. Esta forma de materiais eléctricos e electrónicos é a forma mais comum de materiais utilizados na fabricação de dispositivos electricos e electrónicos, tais como transístores, diodos, resistores, condensadores, etc. Estes materiais são usados para fabricar componentes electrónicos, dispositivos fotovoltaicos, sensores e muitos outros dispositivos. Estes materiais são muitas vezes fabricados a partir de polímeros, metais, vidro e cerâmica.
Estado sólido dos materiais eléctricos e electrónicos refere-se à forma em que os materiais são usados para aplicações eléctricas ou electrónicas. É o estado físico mais comum para materiais usados nestas aplicações. Estado sólido significa que o material não muda de forma ou tamanho quando é submetido a mudanças na temperatura, pressão ou corrente eléctrica. Isso torna os materiais ideais para a construção de dispositivos que sejam capazes de resistir a variáveis ambientais. Alguns materiais comuns usados neste estado são silício, germanio, cobre, alumínio, ferro, plásticos e vidro.
2. Estado Líquido
Estado líquido dos materiais eléctricos e electrónicosé o estado entre o sólido e o gasoso, no qual o material tem uma consistência fluida. Neste caso, refere-se ao uso de substâncias químicas líquidas para alcançar resultados desejados em equipamentos eléctricos e electrónicos. Estas substâncias líquidas são usadas como isolantes, lubrificantes e condutores de calor. Como os materiais eléctricos e electrónicos são frequentemente usados em ambientes expostos a elementos químicos, temperaturas extremas e pressões, é necessário usar substâncias líquidas que sejam resistentes a essas condições. Alguns exemplos de materiais líquidos usados em materiais eléctricos e electrónicos incluem óleos minerais, óleos sintéticos, água destilada, álcool, solventes orgânicos e fluidos de refrigeração. Estes materiais líquidos são usados para criar um meio estável e seguro para permitir a operação eficaz dos dispositivos eléctricos e electrónicos.
Este estado é caracterizado por uma estrutura molecular muito altamente organizada e por um fluxo relativamente constante de moléculas. Os materiais eléctricos e electrónicos podem ter vários estados líquidos, tais como óleo, água, líquidos de refrigeração, líquidos de limpeza e líquidos de solda. Estes líquidos têm características específicas que os tornam ideais para uso em dispositivos eléctricos e electrónicos, tais como condutividade, resistência e capacidade de dissipação de calor.
3. Estado Gasoso
Estado gasoso dos materiais eléctricos e electrónicos refere-se ao uso de gases para arrefecer os componentes eléctricos e electrónicos. Os gases são usados para remover calor e dissipar a energia gerada por dispositivos eléctricos e electrónicos. O arrefecimento com gases é particularmente útil para sistemas que operam em altas temperaturas ou em ambientes com temperaturas elevadas e em que o arrefecimento com ar não é possível ou prático. Os gases usados para este fim incluem nitrogénio, nitrogénio líquido, oxigénio, dióxido de carbono, dióxido de enxofre, amoníaco, óxido nitroso, monóxido de carbono, hidrogénio e hidrogénio sulfúrico.
Estes gases podem ser obtidos por meio de processos de sublimação, destilação ou evaporização. É comum que os materiais eléctricos e electrónicos sejam fabricados a partir destes gases, a fim de ser usados em diversas aplicações. Além disso, o estado gasoso também pode ser usado em processos como a electrodeposição, para a produção de camadas finas de materiais sobre superfícies metálicas.