Constantan

Constantan
Composição: 53…57 % Cobre
43~45 % Níquel
0,5~1,2 % Manganês
< 0,5 % Ferro (restante)
Resistividade elétrica:

ρ = 49 × 10–6 Ω·cm (20 °C)
ρ = 51 × 10–6 Ω·cm (600 °C)

Coeficiente térmico de resistividade elétrica α = 1 x 10–5K–1 (20~600 °C)
Condutividade elétrica: κ = 2 m.Ω–1.mm–2
Calor específico: c = 410 J.kg–1.K–1
Condutividade térmica: λ = 49 W.mK–1
Massa específica: μ = 8,9 g·cm–3
Coeficiente de dilatação linear: α = 13,5 x 10–6K}–1 (100 °C)
α = 14,0 x 10–6K}–1 (200 °C)
α = 14,5 x 10–6K}–1 (300 °C)
α = 15,0 x 10–6K}–1 (400 °C)
α = 16,0 x 10–6K}–1 (600 °C)
Módulo de elasticidade: E = 180 kN.mm–2
Ponto de fusão: 1573 K (1280 °C)
Ponto de ebulição: Aprox. 2673 K (2400 °C)

Constantan[1][a] (do alemão Konstantan ®) é uma liga metálica utilizada na produção de fios para a fabricação de resistores elétricos (ou, comumente, "resistências elétricas"), bem como em termopares para instrumentação, devido à sua característica de exibir a resistividade elétrica (e, portanto, a resistência elétrica) praticamente constante em um amplo intervalo de temperatura. Dessa forma, pode o dispositivo com ele fabricado (resistor, termopar ou derivado) ser considerado linear, em contraste com os dispositivos equivalentes fabricados com outros materiais, que são sensivelmente não-lineares [2].

No Brasil, conhece-se-o na prática, além de por Constantan [a], também por Constantã [b] e, mais raramente, por Konstantan [b].

A composição do Constantan é variável: de 53~57 % de Cobre, 43~45 % de Níquel, 0,5~1,2 % de Manganês e menos de 0,5 % de Ferro (uma forma comercial ordinária pode apresentar 55% em Cobre, 44% em Níquel, 1% em Manganês e resíduos de Ferro). Sua principal e desejada característica é exibir uma resistividade elétrica sensivelmente constante (0,49~0,51Ω.mm2/m, média aritmética 0,50Ω.mm2/m) em um amplo intervalo de temperatura (20~600 °C). Efetivamente, Constantan apresenta curva característica resistividade elétrica versus temperatura de operação tão proximamente linear que pode ser assumida como linear. [3] Essa propriedade, pois, justifica sua utilização com sucesso em aplicações técnicas eletrotérmicas, termoelétricas e outras até o limiar de 500 °C [4][5].

Precedente histórico

Reporta-se que, em 1887, o químico Edward Weston descobriu que os metais podem ter um coeficiente térmico de resitividade elétrica de valor negativo, criando, pois, sua "Liga nº 2" . Esta viria a ser posteriormente produzida na Alemanha, sob o nome Konstantan ® [6][7]

O nome da marca

Konstantan ® é marca comercial da empresa alemã ThyssenKrupp VDM GmbH para uma liga , que geralmente é composta por cerca de 55% em cobre , 44% em níquel e 1% em manganês (além de traços de outros elementos, notadamente ferro). É caracterizada por exibir, numa ampla faixa de temperatura, coeficiente de variação térmica da resistividade elétrica aproximadamente constante.

Existem ainda outras ligas que exibem propriedades semelhantes (por exemplo, manganina: Cu 86% Mn% 12% Ni 2%; nicromo: Cr 15~25%, Ni 19~80%, restante Fe etc.).

Registro da marca

O registro da marca deu-se em 14 de dezembro de 1952 na patente alemã (Trademark Office), e agora acha-se registrado o nome para essa liga primariamente de cobre-níquel, como na linguagem corrente se usa. No inglês, usa-se Constantan, sendo também marca protegida. Outra marca de liga muito semelhante é ISOTAN, do Isabellenhütte Heusler GmbH & Co KG.

Explicação física

A pequena, praticamente nula, dependência térmica da resistividade elétrica (exibida pela quase constância do seu coeficiente térmico de resistividade elétrica α = 1 x 10–5K–1 (20~600 °C) concorda com a também quase constância do seu coeficiente de dilatação linear α = 13,5 x 10–6~16,0 x 10–6K–1 (100~600 °C) e é devida quase que exclusivamente ao fato de que essa liga apresenta, naquele intervalo de temperatura, um nível elevado de organização cristalina dentro de sua estrutura, com a contribuição da densidade de impurezas.

Isto significa que, embora a densidade de impurezas no material também dependa da temperatura (e, com o aumento da temperatura, aumente lentamente), todavia, devido ao elevado número de lacunas na estrutura cristalina, há influência eletrônica de dispersão sobre elas, e não principalmente sobre os elétrons ou espalhamento elétron-fônon. Por esta razão, a resistividade elétrica do Constantan é fortemente determinada pela elevada concentração de impurezas e pela sua influência na dispersão de elétrons na estrutura cristalina. Propriedades semelhantes exibe a liga Kanthal.

Devido ao pequeno coeficiente de temperatura de resitividade elétrica do Constantan, usa-se-o para resistores e medidas de precisão. Também dispositivos de calefação usam resistores de Constantan.[8]

Ver também

Notas

a. ^ O léxico português ainda não consigna oficialmente "Constantan"[9], conquanto haja inclusão sua nalguns léxicos dicionarizados, o que justifica, em princípio, sua aceitação provisória.[10][11]
b. ^ O termo Konstantan, como já foi referido, é expressamente a marca registrada da empresa alemã ThyssenKrupp VDM GmbH, que criou o material e o registrou em 14 de dezembro de 1952 na patente do país.
c. ^ O termo "Constantã", a despeito de ser, em princípio, a forma preferível, segundo as regras canônicas da incorporação neológica em língua portuguesa, de nota primariamente fonética e complementarmente gráfica, ainda não foi acolhido pelas academias de letras portuguesas, quer na base brasileira, quer na europeia, razão pela qual deve ser evitado.

Referências


  1. ↑ FERREIRA, Aurélio Buarque de Holanda. Dicionário da Língua Portuguesa. Rio de Janeiro: Positivo, 2010
  2. ↑ Resistores não lineares: características e curvas
  3. ↑ NEKHENDZI E. Yu. & KHARITONOV N. P.. Constantan wire strain gauges for high temperatures
  4. ↑ Fame.com, Produtos para aquecimento
  5. ↑ Produtos para aquecimento[ligação inativa]
  6. ↑ A chronological history of electrical development from 600 B.C., p.59, National Electrical Manufacturers Association, 1946.
  7. ↑ David Oakes Woodbury A measure for greatness: a short biography of Edward Weston, p.168, McGraw-Hill, 1949.
  8. ↑ Constantan aplicado em termopares
  9. ↑ Academia Brasileira de Letras (ABL), Vocabulário Ortográfico da Língua Portuguesa (VOLP): consultas=Constantan, (também: Constantã, Konstantan)
  10. ↑ FERREIRA, Aurélio Buarque de Holanda. Op. cit.
  11. ↑ Priberam Universal, consulta=Constantan
Bibliografia
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