Condutividade Elétrica: mho, siemens

Tutorial de Resistência Inclui:
O que é resistência Ohms Law Ohmic & Condutores não óhmicos Tabela de resistividade Resistividade para materiais comuns Coeficiente de temperatura de resistência Série de condutividade elétrica & resistências paralelas Tabela de resistências paralelas

Resistência não similar que mede a oposição a um fluxo de corrente elétrica, condutividade elétrica ou condutância elétrica é uma medida de como uma corrente elétrica se move dentro de uma substância.

Quanto maior a condutividade eléctrica dentro de um material, maior a densidade da corrente para uma dada diferença de potencial aplicada.

Desta forma, pode-se ver que a condutividade eléctrica ou condutância eléctrica de uma substância é uma medida da sua capacidade de conduzir electricidade.

A condutividade eléctrica ou condutância eléctrica de um material é importante porque algumas substâncias são necessárias para conduzir electricidade da melhor forma 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 uma resistência, e outros materiais são necessários para não conduzir a eletricidade, como no caso de isoladores.

Bases da condutividade eléctrica

Condutividade eléctrica é uma razão entre a densidade da corrente e a intensidade do campo eléctrico. Quanto maior o valor da condutividade, menor a resistência que proporciona ao fluxo de corrente elétrica.

O valor da condutividade elétrica depende da capacidade dos elétrons ou outros portadores de carga, como furos, de se moverem dentro da malha do material.

Materiais altamente condutores, como o cobre, permitem o livre movimento dos elétrons dentro da sua malha molecular. Há elétrons livres dentro da estrutura.

Materiais com baixo nível de condutividade ou condutância têm muito poucos elétrons livres dentro de sua estrutura. Os elétrons são firmemente mantidos dentro da estrutura molecular e requerem um nível significativo de energia para puxá-los livres.

Unidades de condutividade elétrica: siemens e mho

As unidades de condutividade elétrica são siemens por metro, S⋅m-1.

Os siemens também costumavam ser referidos como mho – este é o recíproco de um ohm, e isto é inferido pela grafia ohm ao contrário.

Condutância é o recíproco de 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. Foi nomeado em homenagem a Ernst Werner von Siemens.

Como em cada SI, nome do Sistema Internacional de Unidades que é derivado do nome próprio de uma pessoa, a primeira letra do 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, deve sempre começar com uma letra minúscula, ou seja, neste caso, siemens. A excepção a isto é onde qualquer palavra seria maiúscula, como no caso do início de uma frase, etc.

O símbolo que é mais comumente usado é a versão minúscula da letra sigma grega, σ, embora kappa, &kappa, gamma, &gamma, também sejam usados em ocasiões.

Embora as unidades SI para condutividade sejam mais amplamente usadas, os valores de condutividade são muitas vezes expressos em termos do seu valor percentual IACS. O IACS, International Annealed Copper Standard, foi estabelecido pela Comissão Electroquímica Internacional de 1913.

A condutividade do cobre recozido (5,8001 x 107S/m) é definida para ser 100% IACS a 20°C.

Todos os outros valores de condutividade estão relacionados de volta a este valor de condutividade. Isto 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 isto é dado como IACS de 18%.

Como os métodos de processamento metálico melhoraram desde a introdução da norma, alguns produtos de cobre modernos têm agora frequentemente valores de condutividade IACS superiores a 100% IACS porque agora é possível remover mais impurezas do metal.

Fórmulas de condutividade eléctrica

Resistividade e condutividade estão inter-relacionadas. A condutividade é o inverso da resistividade. Assim, é fácil expressar uma em termos da outra.

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

Esta pode então ser substituída na fórmula de resistividade para dar a seguinte relação.

Onde:
σ é a condutividade do material em siemens por metro, S⋅m-1
E é a magnitude do campo eléctrico em volts por metro, V⋅m-1
J é a magnitude da densidade da corrente em amperes por metro quadrado, A⋅m-2

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A maior parte das vezes é necessário relacionar a condutividade a um comprimento específico do material com uma área transversal constante..

Utilizando este diagrama, é possível relacionar a condutividade com a resistência, comprimento e área da secção transversal do corpo de prova na fórmula de condutividade abaixo.

Onde:
R é a resistência eléctrica de uma amostra uniforme do material medido em ohms
l é o comprimento da peça de material medida em metros, m
A é a área da secção transversal da amostra medida em metros quadrados, m2

Utilizando estas fórmulas de condutividade eléctrica é possível calcular a condutividade a partir do conhecimento da resistência, comprimento e área da secção transversal de um bloco de um material.

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