Física do ensino fundamental · Grades 1–9
22Condutores e isolantes
Por que os fios elétricos são feitos de metal — mas vestidos de plástico? Por que a pontezinha do interruptor conduz a corrente enquanto a carcaça dele mantém os seus dedos seguros? No ano passado fechamos voltas; neste ano perguntamos por quais materiais a eletricidade consegue passar. A resposta separa todos os materiais em dois tipos: condutores e isolantes.
22.1 O testador
Método 22.1 (Construir um testador)
Monte a volta do ano passado — pilha, fios, lâmpada — mas deixe de propósito uma falha: duas pontas de fio soltas, à distância de um dedo.
- encoste as duas pontas soltas uma na outra: a lâmpada acende — o testador funciona;
- feche a falha com o objeto em teste, com uma ponta de metal bem apertada contra cada fio;
- olhe a lâmpada: luz quer dizer que a eletricidade atravessou o objeto; escuro quer dizer que ela não conseguiu.
A lâmpada dá a resposta: ela acende exatamente quando o objeto testado completa a volta.
22.2 Condutores e isolantes
Definição 22.2 (Condutor)
Um condutor é um material que deixa a eletricidade passar por ele. No testador, um condutor fechando a falha completa a volta e acende a lâmpada.
Definição 22.3 (Isolante)
Um isolante é um material que barra a eletricidade. Fechar a falha com um isolante deixa a volta tão aberta quanto antes: a lâmpada continua apagada.
Exemplo 22.4 (Uma manhã de testes)
Resultados de um testador de sala de aula: um clipe de aço — luz. Uma moeda — luz. Papel-alumínio — luz. Uma chave — luz. Uma régua de plástico — escuro. Um lápis de madeira — escuro. Uma bolinha de gude de vidro — escuro. Uma borracha — escuro. Uma tira de papel — escuro. O padrão salta aos olhos: os objetos que acendem a lâmpada são todos feitos de metal.
Proposição 22.5 (Os metais conduzem)
Todos os metais conduzem eletricidade — ferro, cobre, alumínio, ouro, todos eles, e é por isso que a exigência do ímã com o ferro nos surpreendeu, mas o testador nunca vai surpreender. A maioria dos outros sólidos do dia a dia — plástico, madeira, vidro, borracha, papel, cera — são isolantes.
Observação 22.6 (Condutor não é magnético)
Não confunda os dois talentos dos metais. O ímã escolhe só o ferro e a família dele; a corrente elétrica é muito menos exigente e viaja por todos os metais. O papel-alumínio que ignorou o seu ímã conduz corrente lindamente — dois jogos diferentes, duas regras diferentes.
22.3 Condutores e isolantes trabalham juntos
Exemplo 22.7 (Anatomia de um fio)
Olhe a ponta do cabo de uma luminária, onde ele entra no plugue: por dentro corre cobre brilhante — um condutor, a estrada da corrente; em volta dele se enrola um plástico colorido — um isolante, a cerca da estrada. O cobre faz o trabalho; o plástico mantém a corrente dentro e os seus dedos fora. Todo cabo da sua casa junta os dois: um condutor dentro de um isolante.
Exemplo 22.8 (Lendo os objetos do dia a dia)
Agora muitos projetos se explicam sozinhos. O interruptor: uma ponte de metal (ela precisa levar corrente) numa carcaça de plástico (o seu dedo não pode). A chave de fenda do eletricista: haste de aço, cabo isolante e grosso. A tomada: metal lá no fundo, face de plástico do lado de fora. As torres de transmissão levam cabos de metal nus lá no alto, fora de alcance, pendurados em discos isolantes compridos para que a corrente não escorra para a torre.
Observação 22.9 (Água, gente e por que as regras existem)
Falta nomear mais um condutor: as coisas úmidas — inclusive a pele humana úmida. Nós conduzimos mal, mas a tomada empurra com tanta força que “mal” já é muito mais que suficiente. Essa é a razão profunda por trás das regras de segurança que você conhece: nunca enfiar nada em tomadas, nunca tocar em nada elétrico com as mãos molhadas, manter secadores de cabelo longe da banheira. O testador de pilha é seguro porque o empurrão de uma pilha é pequenininho; a tomada não perdoa nada.
22.4 Exercícios
Exercício 22.1 ★
O que é um condutor? E um isolante? Qual dos dois acende a lâmpada do testador?
Exercício 22.2 ★
Separe em condutores e isolantes: uma colher de aço; uma rolha; papel-alumínio; um copo de vidro; uma moeda de cobre; uma peça de plástico.
Solução
Solução de Exercício 22.2.
Condutores: a colher de aço, o papel-alumínio, a moeda de cobre. Isolantes: a rolha, o copo de vidro, a peça de plástico.
Exercício 22.3 ★
Antes de qualquer teste, como você confere que o próprio testador funciona? Por que essa conferência é importante?
Solução
Solução de Exercício 22.3.
Encoste as duas pontas soltas diretamente uma na outra: a lâmpada tem de acender. Se o próprio testador estiver com defeito, todo objeto pareceria isolante — a conferência protege contra condenar inocentes.
Exercício 22.4 ★
Um objeto em teste deixa a lâmpada apagada. Dê dois motivos possíveis — um sobre o objeto, outro sobre um teste malfeito.
Solução
Solução de Exercício 22.4.
Ou o objeto é isolante — ou o teste foi malfeito: uma ponta de fio encostando em tinta, verniz ou sujeira em vez de apertar firme no material nu do objeto (ou uma ligação se soltou).
Exercício 22.5 ★
Por que o cabo de uma luminária é de cobre por dentro e de plástico por fora? Que serviço cada material faz?
Solução
Solução de Exercício 22.5.
O cobre conduz: ele é a estrada da corrente até a lâmpada. O plástico isola: ele mantém a corrente dentro do fio e os dedos em segurança do lado de fora.
Exercício 22.6 ★
Num interruptor, qual parte é condutora e qual é isolante? Por que ele precisa das duas?
Solução
Solução de Exercício 22.6.
A pontezinha de metal conduz — ela precisa fechar a volta quando o interruptor está ligado. A carcaça isola — os dedos apertam nela o dia inteiro. Sem a ponte, não há luz; sem a carcaça, não há segurança.
Exercício 22.7 ★
O papel-alumínio ignora completamente um ímã. Ele vai acender a lâmpada do testador? Qual regra responde, e contra qual confusão a Observação 22.6 avisa?
Exercício 22.8 ★
Um lápis é madeira com uma mina de grafite. O testador de Nino fica apagado ao atravessar a madeira pintada, mas acende fraquinho de ponta a ponta pela grafite apontada. O que Nino descobriu sobre os dois materiais do lápis?
Exercício 22.9 ★
Por que as chaves de fenda e os alicates dos eletricistas têm cabos grossos de plástico? Qual material está protegendo quem?
Solução
Solução de Exercício 22.9.
O isolante está protegendo a pessoa: se o metal da ferramenta encostar em alguma coisa elétrica, o cabo grosso de plástico impede que a corrente atravesse para a mão.
Exercício 22.10 ★★
Uma corrente de pescoço dá “luz” no testador; um colar de contas de madeira dá “escuro”; um colar de contas de metal com nós num cordão grosso de algodão também dá “escuro” — embora cada conta conduza! Explique o terceiro resultado seguindo a estrada da corrente de conta em conta.
Solução
Solução de Exercício 22.10.
A corrente precisa percorrer a estrada inteira. Na corrente de pescoço, elo de metal encosta em elo de metal: uma estrada de metal completa. No colar de contas, entre uma conta de metal e a seguinte há um trecho de nó de algodão — um isolante — então a estrada está interrompida em cada conta: escuro, apesar de tantos condutores.
Exercício 22.11 ★★
Por que é muito mais perigoso tocar em coisas elétricas com as mãos molhadas do que com as mãos secas? E por que o testador de pilha é seguro para as suas experiências enquanto a tomada nunca é? Use a Observação 22.9.
Solução
Solução de Exercício 22.11.
A pele úmida conduz muito melhor que a pele seca, então mãos molhadas oferecem à corrente uma estrada fácil através do corpo. O testador de pilha é seguro porque o empurrão de uma pilha é pequenininho; o empurrão da tomada é centenas de vezes mais possante — através de pele úmida ele pode ser mortal, e é por isso que as regras liberam brincadeiras com pilha e proíbem tomadas, sempre.