Mobilidade dos elétrons e de outros portadores de carga em condutores

7 de janeiro, 2017 às 9:39 | Postado em Eletricidade, Estrutura da matéria

Prof. Lang

Estudando sobre condução elétrica encontrei um conceito que não existe nos livros de física: a mobilidade dos portadores. Como é definida a mobilidade? Achei muito estranha a unidade de medida pois ele estava em  centímetros quadrados divididos por volt vezes segundo.

Aprecio as suas postagens e agradeço sua resposta. Abs

O conceito de mobilidade das cargas livres (elétrons em condutores metálicos e íons em condutores iônicos) de fato não é usual em textos de Física Geral.

A mobilidade informa qual é velocidade de deriva que uma carga livre adquire em um condutor, na direção do campo elétrico, quando submetida a um campo elétrico com valor unitário. A unidade de medida desta grandeza no SI é o metro por segundo dividido por newton por coulomb (ou por volt por metro). Assim sendo, no SI a mobilidade será dada em (m/s)/(N/C)=(m.C)/(N.s)=m.A/N, ou ainda (m/s)/(V/m)=m²/(V.s). Muitas vezes a mobilidade vem expressa em outra unidade, qual seja cm²/(V.s).

Para melhor atribuir significado vou exemplificar com a mobilidade de elétrons no cobre. Ela vale aproximadamente 40 cm²/(V.s). Desta forma um elétron no cobre adquire uma velocidade de deriva de 40 cm/s quando se lhe aplica um campo elétrico com valor de 1 V/cm ou 100 V/m (ou ainda 100 N/C). Um campo de 100 V/m é um campo fraco mas capaz de mover os elétrons no cobre a 40 cm/s, o que é um alta velocidade de deriva tendo em vista que em condutores metálicos usualmente a velocidade de deriva dos elétrons é inferior a 1 mm/s.  Em regime de condução permanente em um fio de cobre, que não danifique o fio, existe um campo elétrico não maior do que 1V/m, levando a uma velocidade de deriva para os elétrons inferior a milímetro por segundo!

Um íon de sódio (Na⁺) ou um íon de cloro (Cl^–) em uma solução aquosa de NaCl possui uma mobilidade cerca de cem mil vezes menor do que um elétron no cobre, indicando que apesar de a solução ser condutora, é muitíssimo menos condutora do que um pedaço de metal.

Vide mais em Qual a resistência equivalente em ohms de ½ Kg de sal (NaCl) dissolvido em 6 litros de água (H2O) ?

“Docendo discimus.” (Sêneca)

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