Materiais isolantes tornam-se condutores em determinadas condições de campo elétrico intenso. Esse fenômeno é chamado de ruptura de rigidez dielétrica.
Em relação à capacidade de conduzir a corrente elétrica, podemos classificar diversos materiais em condutores, isolantes e semicondutores.
Os condutores apresentam uma grande quantidade de elétrons fracamente ligados aos núcleos atômicos, favorecendo a condução da corrente elétrica. Os semicondutores, por sua vez, precisam de um estímulo externo (como altas temperaturas) para que seus elétrons sejam excitados e possam ser conduzidos. Já os materiais isolantes (também conhecidos como dielétricos) têm seus elétrons fortemente ligados aos núcleos atômicos, tornando particularmente difícil a formação de correntes elétricas nesses materiais.
No entanto, há um valor máximo de campo elétrico no qual os materiais isolantes passam a se comportar como condutores, permitindo, assim, a formação de correntes elétricas. Esse valor é específico para cada material, depende da sua espessura e recebe o nome de rigidez dielétrica.
A tabela a seguir apresenta os valores máximos de campo elétrico para que ocorra a rigidez dielétrica de alguns materiais:
A tabela indica que, para o ar, é necessário que haja uma tensão elétrica de 3 milhões de volts por metro para que ele se torne um condutor. Quando isso acontece, os elétrons têm energia suficiente para se mover entre as moléculas do meio.
Ruptura da rigidez dielétrica do ar
O fenômeno de ruptura dielétrica do ar é responsável pela formação das descargas elétricas atmosféricas, popularmente conhecidas como raios.
O ar atmosférico é um meio isolante que apresenta uma rigidez dielétrica de 3.106 V/m. Quando o campo elétrico atmosférico entre as nuvens e o solo atinge valores próximos, as moléculas do ar são ionizadas, o que torna o ar um meio condutor.
Por meio do Efeito Joule, a corrente elétrica formada no ar causa um grande aquecimento, que é responsável pela dilatação do meio gasoso, produzindo as ondas sonoras conhecidas como trovões. Mais moléculas têm seus elétrons arrancados e eventualmente esses elétrons livres são capturados por outras moléculas ionizadas. É nesse processo que ocorre a emissão de luz conhecida como relâmpago.
HELERBROCK, Rafael. "O que é rigidez dielétrica?"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-rigidez-dieletrica.htm. Acesso em 30 de junho de 2022.