Condutores e “Caminhos Condutores”

Quando as pessoas são questionadas sobre qual é o componente mais usado em circuitos elétricos ou eletrônicos, as respostas típicas são "Bem, claro que todo mundo conhece seus resistores", ou "Devem ser capacitores", e às vezes até "Nada funciona sem transistores". Na verdade, nenhuma dessas respostas está correta; a verdadeira resposta é que os condutores são o tipo mais comum de componente.

Obviamente, sem condutores não existiriam circuitos. Mesmo que os condutores sejam o componente básico dos circuitos elétricos, há surpreendentemente pouca consideração da física envolvida nos condutores (fora dos livros didáticos) e parece haver ainda menos ênfase em considerar as características das estruturas condutoras (como "terras do chassi") quando esses condutores e conjuntos condutores são usados ​​para os caminhos críticos de retorno de corrente em um circuito. Talvez seja porque os fios simplesmente não parecem tão excitantes! Ironicamente, a engenharia EMC bem-sucedida requer exatamente esse entendimento!

Este artigo atualizará (ou talvez iniciará) o conhecimento e a compreensão do leitor sobre os principais aspectos dos condutores e caminhos condutores, observando vários tópicos, incluindo:

História dos Maestros

Embora o fio feito de materiais condutores (como ferro ou cobre) esteja em uso há talvez milhares de anos, ele foi usado como um componente mecânico. Não foi até algumas centenas de anos atrás (durante os anos 1700) que foi usado pela primeira vez como um método para definir um caminho para o fluxo de corrente elétrica. Alguns desses primeiros usos elétricos foram para proteção de estruturas de madeira na América colonial pela fixação do fio condutor a "hastes" de ferro colocadas em edifícios para (esperamos!) fornecer um caminho para que os raios fossem conduzidos com segurança para a terra em vez de pela estrutura (o que muitas vezes causava incêndios). O uso de fios para esse fim (e a invenção dos pára-raios associados) foi atribuído a Benjamin Franklin.

Durante o início do século XIX, à medida que crescia o interesse e o fascínio mundial pelo "fluxo elétrico", Michael Faraday foi um dos primeiros a realizar experimentos empíricos para entender as propriedades dos condutores.

À medida que o século XIX avançava, mais usos para a eletricidade foram desenvolvidos, incluindo distribuição de energia e comunicação (sistemas de telégrafo). À medida que esses sistemas se tornaram mais complexos, fisicamente grandes e intensivos em capital, houve um desejo crescente de compreender melhor esses métodos de interconexão. Como resultado, Oliver Heaviside desenvolveu vários conceitos e invenções importantes durante a década de 1880, incluindo a teoria da linha de transmissão e o cabo de estilo "coaxial" que vemos hoje.

Figura 1: Pioneiros no uso de maestros, Benjamin Franklin, Michael Faraday e Oliver Heaviside

Qual é o propósito de um maestro?

Desde a evolução dos fios de proteção contra descargas atmosféricas até a distribuição de energia e sinal, e até hoje, percebe-se que existe apenas uma finalidade de um condutor. Esse objetivo é fornecer um caminho pretendido para a propagação da energia eletromagnética.

Portanto, um condutor é usado para:

Esse caminho pretendido da energia eletromagnética é via "condução", conforme descrito pelo professor Maxwell (além de sua teoria de "corrente de deslocamento", como a corrente que "flui" através de um capacitor).

Para entender como a energia é conduzida de uma fonte para uma carga, começamos com o conceito de loop de transferência de energia "idealizado" (como mostrado na Figura 2).

Figura 2: Esquema do loop de transferência de energia básico ou "ideal"

Circuito de transferência de energia "idealizado"

A figura mostra a fonte da potência (ou sinal), representada pelo "gerador". Do outro lado da figura está a carga (que pode ser representada por uma impedância). O processo de transferência de energia da fonte para a carga é feito através do caminho de condução, definido pelas linhas contínuas no diagrama). Essa transferência é normalmente explicada como sendo semelhante a uma corrente na água, em que há um "fluxo de corrente" ao longo de um condutor, enquanto o outro condutor funciona como um "retorno de corrente". Embora essa visão não seja incorreta, às vezes é melhor visualizar a energia como uma onda eletromagnética sendo guiada da fonte para a carga.