DIOGO OLIVEIRA
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A única modificação que um átomo pode sofrer sem que haja
reações de alta liberação e/ou absorção de energia é a perda
ou ganho de elétrons.
Por isso, um corpo é chamado neutro se ele tiver número
igual de prótons e de elétrons, fazendo com que a carga
elétrica sobre o corpo seja nula.
Pela mesma analogia podemos definir corpos eletrizados
positivamente e negativamente.
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Um corpo eletrizado negativamente tem maior número de
elétrons do que de prótons, fazendo com que a carga elétrica
sobre o corpo seja negativa.
Um corpo eletrizado positivamente tem maior número de
prótons do que de elétrons, fazendo com que a carga elétrica
sobre o corpo seja positiva.
Eletrizar um corpo significa basicamente tornar diferente o
número de prótons e de elétrons (adicionando ou reduzindo
o número de elétrons).
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Podemos definir a carga elétrica de um corpo (Q) pela relação:
onde:
Q= Carga elétrica, medida em coulomb no SI
n= quantidade de cargas elementares, que é uma grandeza
adimensional e têm sempre valor inteiro (n=1, 2, 3, 4 ...)
e= carga elétrica elementar
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Eletrização por atrito
Quando dois corpos inicialmente neutros são atritados, se
eletrizam e, em virtude do atrito ocasionado, um corpo ficará
com carga positiva e o outro com carga negativa.
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Eletrização por contato
Quando dois corpos (um eletrizado e outro inicialmente neutro)
entram em contato, o corpo neutro fica com a mesma carga do
eletrizado.
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Eletrização por indução
É quando a eletrização de um corpo inicialmente neutro
(induzido) acontece por simples aproximação de um corpo
carregado (indutor), sem que haja contato entre os corpos.
O induzido deve estar ligado a Terra ou a um corpo maior que
possa lhe fornecer elétrons ou que dele os receba num fluxo
provocado pela presença do indutor.
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Os condutores de eletricidade são meios materiais que
permitem facilmente a passagem de cargas elétricas. O que
caracteriza um material como condutor é a camada de valência
dos átomos que constituem o material.
Camada de valência é a última camada de distribuição dos
átomos. Em razão da grande distância entre essa última
camada e o núcleo, os elétrons ficam fracamente ligados com o
núcleo, podendo, dessa forma, abandonar o átomo em virtude
das forças que ocorrem no interior dos átomos.
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Esses elétrons que abandonam o átomo são chamados de
“elétrons livres”. Os metais no geral são bons condutores de
eletricidade, pois eles possuem os elétrons livres.
Os materiais condutores têm larga utilização no dia-a-dia. São
utilizados, por exemplo, nos fios condutores de eletricidade e
na indústria de eletroeletrônicos, entre muitas outras
utilizações.
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Exemplo de condutores:
a.
Metais (cobre, alumínio, ferro etc.) e algumas ligas
metálicas;
b.
Grafite;
c.
Soluções aquosas (de sulfato de cobre, de ácido sulfúrico
etc.);
d.
Água da torneira, água salgada, água ionizada (piscinas)
e.
Ar úmido
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Os materiais isolantes fazem o papel contrário dos condutores,
eles são materiais nos quais não há facilidade de movimentação
de cargas elétricas.
Esses materiais são assim caracterizados porque os elétrons da
camada de valência estão fortemente ligados ao núcleo, não
permitindo dessa forma que ocorra a fuga dos mesmos.
Os materiais isolantes são largamente utilizados, assim como
os materiais condutores. São utilizados, por exemplo, na parte
externa dos fios, encapando-os para melhor conduzir a
eletricidade.
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Exemplos de materiais isolantes:
a.
Borracha;
b.
Silicone;
c.
Vidro;
d.
Cerâmica;
e.
Baquelite;
f.
Mica.
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Muito utilizado em equipamentos eletrônicos, os
semicondutores são sólidos capazes de mudar sua condição de
isolante para condutores com grande facilidade. Isso se deve ao
fato de que os semicondutores possuem uma banda proibida
intermediária.
A banda proibida é a região localizada entre as bandas de
valência, ou camada de valência do átomo, e a banda de
condução (região onde, sob ação de um campo elétrico, se
forma a corrente elétrica).
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Quando os elétrons recebem certa quantidade de energia, eles
se tornam livres e saem da camada de valência para a camada
de condução.
A condutividade dos semicondutores pode ser alterada
variando-se a temperatura, o que faz com que atinjam uma
condutividade semelhante a dos metais.
A condutividade dos semicondutores provenientes de
excitações térmicas é denominada condutividade intrínseca.
Os semicondutores podem ser de silício ou germânio,
utilizados para a fabricação de componentes eletrônicos, como,
por exemplo, os transistores.
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DOPAGEM
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A dopagem é um processo químico no qual átomos estranhos
são introduzidos na estrutura cristalina de uma substância.
Em um cristal semicondutor a dopagem é geralmente
realizada para alterar suas propriedades elétricas.
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SEMICONDUTORES TIPO N
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Insere-se na estrutura cristalina, á tomos contendo excesso
de um elétron de valência em relação aos átomos da rede.
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SEMICONDUTORES TIPO N
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Inserindo vários átomos de impurezas:
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SEMICONDUTORES TIPO N
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Com a inserção de vários átomos de impurezas, os elétrons
livres passam a transitar livremente pelo material, tornando
um material isolante (rede cristalina) em material com certo
nível de condutividade.
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SEMICONDUTORES TIPO P
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Insere-se na estrutura cristalina, átomos com a deficiência
de um elétron em relação aos átomos da rede.
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SEMICONDUTORES TIPO P
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Verifica-se a ausência do segundo elétron que comporia o
par necessário à formação de uma das ligações com o átomo
de índio.Essa ausência de elétron de ligação é denominada de
lacuna .
A existência de lacunas permite que haja um mecanismo De
condução distinto do tipo N Quando a dopagem produz
lacunas no semicondutor, um elétron proveniente de uma
ligação covalente só poderá transitar para um ponto do cristal
onde haja uma lacuna disponível.
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SEMICONDUTORES TIPO P
 O movimento de elétrons
de valência ocorre do polo
negativo para o polo
positivo . As lacunas em um
semicondutor dopado se
comportam como cargas
positivas que podem
transitar em um cristal
submetido a uma tensão
externa aplicada.
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PROPRIEDADES TÉRMICAS
A temperatura exerce influência direta sobre as propriedades
elétricas de materiais semicondutores.
Quando a temperatura de um material semicondutor
aumenta, o aumento de energia térmica do elétron de
valência facilita a sua liberação da ligação covalente de que
participa.
Cada ligação covalente que se desfaz por esse processo
propicia, portanto, a geração de um par elétron/lacuna a mais
na estrutura do cristal.
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PROPRIEDADES TÉRMICAS
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APLICAÇÕES DOS SEMICONDUTORES
O semicondutor é um material-chave na indústria eletrônica.
Os dispositivos que utilizam o semicondutor são hoje
utilizados em todo tipo de circuitos.
Os dispositivos semicondutores mais comuns são o diodo, o
transistor e os dispositivos fotossensíveis.
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APLICAÇÕES DOS SEMICONDUTORES
Diodo semicondutor: é formado pela junção p e n e tem como
utilidade básica permitir o fluxo de corrente elétrica apenas em
um sentido (o sentido de polarização direta)
Transistor: é formado pela inserção de um semicondutor tipo p
entre dois semicondutores tipo n ou vice-versa. O material do
meio é chamado base e os outros, emissor e coletor. O transistor
funciona basicamente como um amplificador de corrente se esta
for alta (ligeiramente alta) ou como um interruptor de corrente
se esta for próxima de zero.
Dispositivos fotossensíveis: dividem-se em Células
fotocondutivas: fotoresistores, fotodiodos e fototransistores; e
Células fotovoltaicas.
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APLICAÇÕES DOS SEMICONDUTORES
As Células fotocondutivas funcionam da seguinte forma:
Quando um fluxo luminoso incide sobre o material
semicondutor, os fótons podem fornecer aos elétrons energia
suficiente para produzir a ruptura de ligações covalentes. A
ação dos fótons ocasiona a produção de par elétron-lacuna, o
que provoca um aumento da condutividade do semicondutor.
Esse fenômeno é conhecido como fotocondutividade.
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Quanto às Células fotovoltaicas, conforme o nome indica, tais
células produzem uma tensão elétrica quando submetidas à
ação de um fluxo luminoso. Sua utilidade se estende na
busca por energia alternativa.
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
APLICAÇÕES DOS SEMICONDUTORES
Microeletrônica: O advento da Microeletrônica foi um dos mais
notáveis avanços tecnológicos no campo da eletrônica, sendo
fundamentalmente oriundo das necessidades inerentes ao
programa espacial americano com relação a peso, dimensões,
potência consumida e confiabilidade. As restrições impostas
nestes casos eram impossíveis de serem satisfeitas com os
circuitos convencionais, usando componentes discretos.
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
Um dos setores da Microeletrônica é responsável pelos Circuitos
Integrados (CIs). Os circuitos integrados ou chips são uma fina
pastilha de silício, onde estão agrupados circuitos microscópicos
que podem conter milhões de componentes eletrônicos como
resistores, capacitores, transistores, etc.
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APLICAÇÕES DOS SEMICONDUTORES
Microeletrônica: O advento da Microeletrônica foi um dos mais
notáveis avanços tecnológicos no campo da eletrônica, sendo
fundamentalmente oriundo das necessidades inerentes ao
programa espacial americano com relação a peso, dimensões,
potência consumida e confiabilidade. As restrições impostas
nestes casos eram impossíveis de serem satisfeitas com os
circuitos convencionais, usando componentes discretos.
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Um dos setores da Microeletrônica é responsável pelos Circuitos
Integrados (CIs). Os circuitos integrados ou chips são uma fina
pastilha de silício, onde estão agrupados circuitos microscópicos
que podem conter milhões de componentes eletrônicos como
resistores, capacitores, transistores, etc.
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A principal característica de uma carga elétrica é a sua
capacidade de interagir com outras cargas elétrica (atraindo-as
ou repelindo-as, dependendo dos seus sinais).
Esta capacidade está relacionada ao campo elétrico que estas
cargas geram ao seu redor, como se fosse uma “aura”
envolvendo-as.
Na prática o que acontece é o seguinte:
Uma carga Q sempre gera um campo elétrico ao seu redor, que
é invisível mas existe; ele pode ser percebido se colocarmos uma
outra carga q(denominada carga de prova) nas proximidades
desta. Esta carga de prova q será atraída ou repelida,
dependendo do seu sinal, e a força elétrica responsável por isso
pode ser calculada usando-se a Lei de Coulomb.
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
Mas será que podemos calcular também o valor do campo
elétrico presente em uma região do espaço?
Podemos também, calcular o valor do campo elétrico
presente em uma região do espaço; pegando uma carga de
prova q de valor conhecido e coloque-a em uma região do
espaço onde exista um campo elétrico. Ela certamente será
atraída ou repelida, ou seja, em ambos os casos haverá uma
força elétrica F que agirá sobre a pequena carga q. Se
soubermos o valor desta força, poderemos calcular o valor do
campo elétrico usando a expressão:
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E é o valor do campo elétrico, e sua unidade é N/C (Newton
por Coulomb) F é o valor da força elétrica, em Newtons (N)
que atua sobre a carga c de prova q, medida em Coulomb (C).
Obs: Aqui não é necessário saber o valor da
Carga Q geradora do campo elétrico, mas somente da
carga q que foi colocada próxima do mesmo.
Cálculo do campo elétrico através da carga geradora (Q)
Deve-se saber antes, que:
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Cargas positiva geram campos que repelem (ou seja, o vetor
campo elétrico sempre aponta para a carga geradora).
Podemos ver que o vetor campo elétrico E existente no
ponto P.
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Cargas positivas geram campos de afastamento (ou seja, o
vetor campo elétrico aponta para o sentido contrário ao do
centro da carga geradora). Podemos ver que o vetor campo
elétrico E existente no no ponto P.
A maneira para se calcular a intensidade de um campo
elétrico, em um ponto P qualquer, usando a carga
geradora Q, é usando a equação a seguir:
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K é a constante eletrostática, que vale 9 x 109 Nm2 /C2. Q é
o o valor da carga geradora, em Coulomb, e d é a distância
em metros entre a carga geradora e o ponto onde queremos
calcular o valor do campo elétrico E.
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Potencial elétrico (também chamado potencial
eletrostático ou apenas potencial), ele está diretamente ligado
ao desenvolvimento de circuitos, micro chips, e vários outros
equipamentos de alta e baixa tecnologia.
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
Esse desenvolvimento tecnológico está intimamente ligado a
conceitos básicos de várias áreas de pesquisas e
principalmente com o eletromagnetismo.
Assim como na mecânica e na termodinâmica,
oeletromagnetismo também possui suas leis básicas que são
denominadas leis de Maxwell.
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
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Maxwell assim como Newton foi um grande gênio da Física. Ele
conseguiu sintetizar todo o eletromagnetismo em apenas quatro
leis básicas para descrever toda essa teoria.
Uma de suas leis que também é um conceito básico
do eletromagnetismo é de que o campo elétrico é gerado
por cargas elétricas. Pode-se interpretar isso como: Se
existem cargas elétricas, essas cargas estão gerando campos
elétricos ao seu redor no espaço.
Os campos elétricos são grandezas vetoriais, ou seja, possuem
módulo, direção e sentido e podem ser também representados
por uma grandeza equivalente ao campo elétrico, porém com
características escalares (grandezas escalares são grandezas que
não possuem direção e sentido) que é chamado de potencial
elétrico.
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O esquema abaixo representa o campo elétrico na cor preta e
o potencial elétrico na cor azul de uma carga puntiforme.
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Em um sistema de duas cargas elétricas de sinais contrários
(uma carga positiva e outra carga negativa), elas irão se atrair
e então irão modificar sua posição no espaço.
Pode-se pensar nessa mudança de posição como sendo uma
realização de trabalho que o campo elétrico de uma carga
exerce em outra. Pode-se pensar que o campo elétrico de
uma carga está realizando trabalho sobre a outra carga.
A grandeza que mede essa capacidade de
realizar trabalho dá-se o nome de potencial elétrico.
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Para realizar o cálculo do potencial, pode-se colocar uma
carga de prova q a uma distância d e medir o quanto essa
carga vai adquirir de energia potencial.
Ao colocar a carga de prova, ela irá se deslocar e então se
pode pensar em termos de energia. O tipo de energia que
está associado à interação de dois corpos distintos através de
um campo e sua posição no espaço é a energia potencial que
nesse caso será adquirida pela carga de prova.
E como a energia potencial na mecânica depende da
propriedade do corpo que no caso é a massa,
no eletromagnetismo essa propriedade vai ser a carga elétrica
q. Então a energia potencial adquirida pela carga de prova
será proporcional sua carga q.
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Considerando uma carga de prova q que adquire certa
energia potencial Ep em um ponto do espaço, então
opotencial dessa carga nesse ponto pode ser representado
matematicamente por:

No qual: V será o potencial elétrico Ep será a energia
potencial adquirida q será a carga A energia
potencial adquirida pela carga de prova q, é calculada como
sendo o campo elétrico E gerado pela carga Q multiplicado
pela distância d de separação entre a carga de prova e a
carga Q. Então:
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O potencial elétrico V então ser tornará:
Como o potencial elétrico é uma grandeza escalar, quando se
quer calcular o potencial resultante de um sistema com várias
cargas, basta calcular o potencial isolado de cada carga e
depois somá-los como no esquema abaixo.
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