Perguntas :

Gostaria que você me respondesse 3 perguntas.

1) O que é rigidez dieléctrica ?

2) Como um isolante pode se transformar em um condutor ?

3) Explique como se forma um raio ?

Respostas :

1) O que é rigidez dieléctrica ?

É uma grandeza eléctrica. Representa a tensão máxima por unidade de comprimento que se pode aplicar aos materiais isolantes sem romper as suas características isolantes. Mede-se em kV / cm.

Exemplos :

a) A rigidez dieléctrica do ar é  cerca de 30 kV / cm.

Para uma tensão de 120 kV entre dois condutores, a distância acima da qual o ar é isolante é :

Para d menor que 4 cm o ar deixa de se apresentar como isolante e estabelece-se corrente eléctrica no ar (arco eléctrico) entre os condutores.

b) Quando é necessário diminuir as distâncias entre condutores em alta tensão, por exemplo, por falta de espaço, substitui-se o ar pelo gás SF₆ (hexafluoreto de enxofre), que é um isolante com uma rigidez dieléctrica cerca de 3 vezes superior à do ar.

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2) Como um isolante pode se transformar em um condutor ?

Um isolante pode tornar-se condutor se existir alguma alteração que modifique a sua rigidez dieléctrica.

Por exemplo, o papel é uma substância higroscópica (absorve a humidade) e, por isso, é condutor. No entanto, o papel impregnado de óleo é muito usado como dieléctrico em condensadores e como isolante em cabos eléctricos e em transformadores de óleo. Se houver alterações nesta constituição que confere carácter isolante ao papel, ele pode tornar-se condutor.

No caso dos gases, o isolamento depende das suas condições de pressão, temperatura e humidade, assim como da distância entre peças condutoras e da tensão entre elas. Por exemplo, a rigidez dieléctrica do ar é 30 kV / cm. Para uma tensão de 120 kV, o ar é isolante para distâncias entre condutores acima de 4 cm. Abaixo deste valor, o ar torna-se condutor e estabelece-se uma corrente eléctrica no ar (ar eléctrico) entre os condutores.

Casos há em que a perda das propriedades isolantes do material, por aplicação de tensões que provoquem a ultrapassagem da tensão de disrupção, conduzem à destruição dos materiais. É o que pode acontecer numa instalação de pára-raios mal executada. Se a corrente resultante dum raio não se escoar para a terra através do condutor de protecção, ao fazê-lo através de parte do edifício provoca a sua destruição.

Um caso interessante é o dos supercondutores. Estes materiais diminuem a sua resistência eléctrica até praticamente se anular, quando a sua temperatura baixa para valores muito reduzidos. Esta propriedade, verificada normalmente em condutores, tem sido observada também em materiais cerâmicos, normalmente utilizados como isolantes.

Os polímeros são materiais plásticos que nos habituámos a considerar isolantes eléctricos. São usados em aplicações tão diversas como sacos plásticos, garrafas de água, na indústria têxtil, como isolamento dos condutores eléctricos. Muitos cientistas químicos tentaram alterar o comportamento dos polímeros para torná-los condutores, sem o conseguirem. Foi o japonês Hideki Shirakawa que realizou esta façanha. Os polímeros tornam-se condutores desde que se verifiquem certas condições particulares. Este cientista trabalhava em Filadélfia, nos EUA, em equipa com o americano Alan Heeger e com o neo-zelandês naturalizado americano Alan MacDiarmid, que desenvolveram os trabalhos do cientista japonês. Pela descoberta e pelo desenvolvimento dos polímeros condutores receberam os três o Prémio Nobel da Química em Outubro de 2000, o que veio culminar 30 anos de pesquisa.

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3) Explique como se forma um raio ?

Quando se utilizam pequenas máquinas, como máquinas eléctricas manuais de furar (berbequins), observam-se pequenas faíscas (arcos eléctricos) no seu interior. O ar é normalmente isolante, mas quando a diferença de potencial entre dois pontos é suficientemente alta, "salta" um arco eléctrico de um ponto para outro, tendo como consequência o equilíbrio dos potenciais.

Uma pessoa que caminhe sobre uma alcatifa com solas isolantes pode sentir uma descarga ao tocar com numa porta, resultante das cargas eléctricas que se acumularam no seu corpo devido ao contacto com a alcatifa.

Na atmosfera existem átomos que se ionizam, quer dizer, ficam com excesso de carga eléctrica, por perderem ou adquirirem electrões. São os cumulonimbos as nuvens que dão origem às trovoadas. Estas nuvens têm a sua base entre 500 metros e 2 km acima do solo e o topo entre os 3 e os 6 km. Têm cerca de 5 km de diâmetro e 5 a 10 km de espessura. No topo da nuvem acumulam-se cargas eléctricas positivas e na maior parte do resto da nuvem distribuem-se cargas eléctricas negativas. Quando os potenciais atingidos são muito altos, podem surgir descargas (arcos eléctricos) entre zonas com diferenças de potencial suficientes para vencer a rigidez dieléctrica do ar. Nessas descargas há movimentos de cargas eléctricas, havendo neutralização de iões, o que conduzirá ao fim da trovoada. A estas descargas (arcos eléctricos) chamamos raios e podem ocorrer na atmosfera, no interior da nuvem ou entre nuvens, ou entre uma nuvem e a terra. Como o ar é mau condutor, o raio da nuvem para a terra desloca-se lentamente, ramificando-se num canal de ar ionizado. Verificam-se movimentos de cargas eléctricas nos dois sentidos entre a nuvem e o solo.

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