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Materiais Elétricos e
Eletrônicos
Prof.ª Janaína Arantes
Seção 1 - Introdução
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Objetivos:O aluno deverá reconhecer a estrutura
atômica identificando as propriedadescondutivas dos materiais
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-
-
+ +
elétron
nêutrons
elétron prótons
núcleo
eletrosfera
Materiais
Região Partícula Carga Massa Caracteristica
Núcleo Próton Positiva 1 Define o nº atômico
Nêutron Neutra 1 Sem função definida
Eletrosfera Elétron Negativa Desprezivel Portador de Energia
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EletrosferaDividida em camadas identificando níveis deenergia.
eletrosfera
K L M N O P Q2 8 18 32 32 15 2
Nº de Elétrons Característica Elétrica
1Eletropositivo: perde elétrons
(formando cátions)234 Neutro: semicondutor
5 Eletronegativo: ganha elétrons(formando ánlons)
67
8 Estável: átomo inerte
Materiais (continuação)
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Estrutura atômica e níveis de energia
Quando átomo recebe energiaElétrons ganham energia esobem de camada
Podem até deixar o átomo:elétrons livres
Banda de Valência
É a camada mais externa da estrutura atômicaDetermina a combinação e ligação do átomo
Banda de Condução
É uma camada além da mais externaOnde se movimentam os elétrons livres
Núcleo
BV BC
CamadaProibida
Materiais (continuação)
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Materiais
Estado NaturalNprótons = Nelétrons
Desequilíbrio AtômicoPolarização Positiva : perda de e-
Polarização Negativa: ganho de e-
Lei das Cargas Elétricas
Cargas iguais : repulsãoCargas opostas : atração
Carga elétrica (Q)Q = Np – Ne [C]; unidade: Coulomb [C]
Carga Elétrica
Obs: Eletricidade Estática é a ausência de movimento de cargas do átomo.
(continuação)
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Potencial ElétricoCapacidade da carga elétrica de realizartrabalho
(atração / repulsão)
Diferença de Potencial (ddp)
Q1 ≠ Q2
Quando há diferença no acúmulo decargas entre dois corpos
++++
++ + ++ +
+++
MateriaisCarga Elétrica
(continuação)
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Tensão Elétrica [ V ]
Força eletromotriz (fem) ou Tensão
Quantifica o potencial elétrico
(força que impulsiona os elétrons)
----
++++
-e -
Lei das Cargas ElétricasCargas iguais: repulsãoCargas opostas : atração
----
----
++++
++++
----
++++
Materiais (continuação)
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Corrente Elétrica [ A ]
Cargas Elétricas em Movimento
(e- livres)
Fluxo ordenado de elétrons sob força de uma ddp
][ A
t
Q I
∆
∆=
Elétrons livresCorrente
Condutor metálico
Materiais (continuação)
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Condutor: Não oferece resistência aos e- livres(poucos e- na camada de valência – Ex: cobre)
Isolante: Oferece resistência aos e- livres(substâncias compostas – Ex: borracha,
madeira) Semi-condutor: Resistividade intermediária
(4 e- na camada de valência –Ex:silício,germânio)
SENTIDO CONVENCIONAL
da corrente elétrica ( i ) é
contrário ao do movimento dos e-e-
i
-+
Tende ao equilíbrio
Sentido convencional
_ _ _ _ _ _ _ _ _
_ _ _ _ _ _ _ _ _
_ _ _ _ _ _
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Tipo de Material
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Isolantes
Oposição à passagem
da corrente elétrica
Isolamento entre condutores, entre eles e a massa ou aterra, ou ainda, entre eles e qualquer outra massa metálicaexistente ao seu redor
Modificam muito o valor de campo elétrico
Tipo de MaterialÚltima camada
Nº Elétrons Característica Elétrica
1Eletropositivo: perde elétrons (formandocátions)
2
3
4 Neutro: Semicondutor5
Eletronegativo: ganha elétrons (formandoânions)
6
7
8 Estável: átomo inerte
(continuação)
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Isolantes
Resistência de Isolamento:
O dielétrico impede a passagem da correnteelétrica enquanto o campo elétrico neleestabelecido não ultrapassar um certo valor que
depende da natureza do dielétrico e das suascondições físicas
A resistência de isolamento não é constante
(não segue, geralmente, a lei de Ohm)
Comportamento
Tipo de Material (continuação)
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Curva de variação da corrente coma tensão de dielétricos sólidos
A primeira parte da curva:proporcionalidade entrecorrente e tensão
A partir de um valor detensão a corrente aumentamuito mesmo que se façadescer o valor de tensão
Resistência de Isolamento
Tipo de MaterialIsolantes
(continuação)
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Resistência superficial
Acúmulo de poeira e umidade na superfície das peças
isoladoras, forma um novo caminho para passagemda corrente elétrica
Tipo de MaterialIsolantes
(continuação)
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Rigidez dielétrica
Para exprimir numericamente a capacidade de umdeterminado material isolante suportar tensões
elevadas
Grandeza definida como sendo o valor do campoelétrico para o qual se dá a ruptura do isolante
Tipo de MaterialIsolantes
(continuação)
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Perdas nos dielétricos
Nos dielétricos sujeitos a uma tensão contínua,verifica-se uma perda por efeito Joule tal comonos condutores (aquecimento)
Tipo de MaterialIsolantes
(continuação)
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Favorecem a passagem
da corrente elétrica
Os principais materiais de elevada condutividade
elétrica são os metais nobres
Tipo de MaterialCondutores
Última camada
Nº Elétrons Característica Elétrica
1Eletropositivo: perde elétrons
(formando cátions)2
3
4 Neutro: Semicondutor
5Eletronegativo: ganha elétrons(formando ânions)
6
7
8 Estável: átomo inerte
(continuação)
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Os metais de alta condutividade podemser empregados como:
Condutores
Enrolamentos de máquinas elétricas
Transformadores...
Tipo de MaterialCondutores
(continuação)
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Os materiais condutores são caracterizados
por diversas grandezas, as quais podemos
destacar:
Condutividade ou resistividade elétrica
Coeficiente de temperatura
Condutividade térmica
Potencial de contato
Comportamento mecânico
Tipo de MaterialCondutores
(continuação)
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A escolha do material adequado nem sempre
recai sobre aquele de características elétricas
mais vantajosas
A decisão deve recair sobre um metal ou uma
liga, que apesar de eletricamente menosvantajoso, satisfaz as demais condições de
utilização
Tipo de MaterialCondutores
(continuação)
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Materiais e dispositivos eletrônicos
REZENDE, Sergio
Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitosBOYLESTAD, Robert; NASHELSKY, L.
MicroeletrônicaSEDRA, A.S. , SMITH, K.C.
Bibliografia