Propriedades Elétricas

São sólidos geralmente cristalinos de condutividade elétrica intermediária entre condutores e isolantes.


Eles possuem uma banda proibida (espaço) intermediária entre as bandas de valência e de condução. 



Esses sólidos tem grande facilidade de mudar sua condição de isolante para condutores.


Na estrutura cristalina cada átomo se une com 4 elétrons vizinhos formando ligações covalentes.
















Semicondutor Intrínseco






-


São elementos químicos que possuem três elétrons na última camada (trivalentes).


-


Quando colocados na estrutura do semicondutores, terão três elétrons envolvidos em ligações covalentes.


-


Com a falta um elétron implica numa formação de um buraco.










Corresponde aos elementos químicos que possuem cinco eletros na ultima camada (pentavalentes).


-


Quando inseridos na estrutura dos semicondutores terão quatro elétrons envolvidos em ligações covalentes.


-


com isso um elétron sobrando que fica praticamente livre


-











Semicondutor Extrínseco




Semicondutividade Intrínseca


Semicondutor no estado puro


Semicondutividade Extrínseca


Impureza doadora do Tipo N


Impureza aceitadora do Tipo P













Lei de Ohm
A lei de ohm afirma que para um condutor mantido à temperatura constante, a razão entre a tensão entre dois pontos e a corrente elétrica é constante.




onde:
R é a resistência do material
V é a diferença de potencial elétrico
I é a intensidade da corrente elétrica














Impureza doadora (Tipo n)
Semicondutividade extrínseca
Suas características elétricas são determinadas pelos átomos de impurezas que podem ser divididas em dois tipos, N e P.



Ex. Silício (Si) dopado com fósforo (P)
Dopagem
O processo de dopagem consiste em substituir alguns átomos por impurezas na sua estrutura.
Semicondutividade intrínseca
É aquele encontrado na natureza na sua forma mais pura.

Sua condutividade é relacionado ao aumento ou diminuição da temperatura.

Exemplos: Silício, germânio (todos na forma pura)


Impureza Aceitadora (Tipo p)
Impureza doadora (Tipo n)

Video

Materiais
Condutividade Elétrica [(Ω.m)-1 ]
Cerâmicas

Concreto (Seco)
10-9
Vidro de Cal de Soda
10-10 - 10-11
Porcelana
10-10 - 10-20
Vidro Borossilicato
~ 10-13
Óxido de Alumínio
< 10-13
Sílica Fundida
< 10-18
Polímeros

Fenol-Formaldeído
10-9 - 10-16
Poli (metil metacrilato)
< 10-12
Náilon 6,6
10-12 - 10-13
Poliestireno
< 10-14
Polietileno
10-15 - 10-17
Politetrafluoretileno
< 10-17
Condução Elétrica em Cerâmicas Iônicas e em Polímeros

Geralmente são isolantes em temperatura ambiente.

Com o aumento da temperatura, os materiais isolantes apresentam um aumento na condutividade elétrica.
Dependência da concentração de portadores em relação à temperatura
Figura X: A concentração de elétrons intrínsecos em função da temperatura para o silício(do tipo N) dopado. Os regimes de temp. de congelamento, extrínseca e intrínseca estão indicados no gráfico.

 

Dependência da concentração de portadores em relação à temperatura
Figura X: A concentração de portadores intrínsecos(escala logarítmica) como função da temperatura para o germânio e o silício.

Tipos de Semicondutividade
Estrutura dos Semicondutores
Na estrutura do Silício puro a temperaturas muito baixas todos átomos estarão estabilizados eletronicamente.

Com a estabilidade nessas condições o material se comporta como isolante.




Características:





















*Condução Eletrônica:
Corrente gerada pelo fluxo de elétrons

*Condução Iônica:
Corrente gerado pelo movimento de íons carregados
Experimento de Condutividade
Condutividade Elétrica


Materiais
Condutividade
Bons Condutores (Metais)
107 (Ω.m)-1
Semicondutores
10-6 e 104(Ω.m)-1
Isolantes (Cerâmicas e Polímeros)
10-10 e 10-20 (Ω.m)-1

Resistividade Elétrica


 

Representa o quanto o material se opõe à passagem da corrente elétrica






onde:
R é a resistência do material
A é a área da secção transversal
I é o comprimento do material

Estruturas das Bandas de Energia
Condução em Termos de Bandas e dos Modelos de Ligação Atômica
*Metal:
Condução em Termos de Bandas e dos Modelos de Ligação Atômica


*Isolantes e Semicondutores:


Mobilidade Eletrônica

A mobilidade do elétron relaciona velocidade de arraste do elétron com a intensidade do campo elétrico




Onde:



E
é a velocidade de arraste
E é o campo elétrico
μe é a mobilidade eletrônica
 
Condutividade Elétrica de Ligas Comerciais
Metal
Condutividade Elétrico [( -m)-1]
Prata
6,8 x 107
Cobre
6,0 x 107
Ouro
4,3 x 107
Alumínio
3,8 x 107
Latão (70Cu-30Zn)
1,6 x 107
Ferro
1,0 x 107
Platina
0,94 x 107
Aço-Carbono
0,6 x 107
Aço inoxidável
0,2 x 107
Semicondutores
Sumário


Condutividade Elétrica

Semicondutores

Condução Elétrica em Cerâmicas Iônicas e em Polímeros

Comportamento dielétrico

Polarização

Ferroeletricidade

Piezoeletricidade





Condução em Materiais Iônicos

Tanto os cátions quanto os ânions nos materiais iônicos possuem uma carga elétrica.


A condutividade total de um material é a soma das conduções tanto eletrônicas quanto iônica.

= ô + ô

 
Comportamento Dielétrico

O comportamento dielétrico é apresentado em um material quando a intensidade do campo elétrico ultrapassa a rigidez dielétrica desse material. Passando de isolante para condutor.






Resistência dielétrica

Resistência dielétrica representa a magnitude do campo elétrico necessário para produzir a ruptura.


Essa ruptura ocorre por causa da movimentação drástica dos elétrons, quando em presença à um grande campo elétrico.
Ferroeletricidade

O grupo de materiais dielétricos chamados de ferroelétricos exibe polarização espontânea, ou seja, na ausência de um campo elétricos.

Chama-se temperatura de Curie, a temperatura que quando ultrapassada o comportamento ferroelétrico deixa de existir.

Os capacitores feitos com esses materiais podem ser significativamente menores do que os capacitores feitos a partir de outros materiais dielétricos.
Propriedades Elétricas dos Polímeros

A maioria dos materiais poliméricos são maus condutores.


Esses polímeros se tornam condutores quando são dopados com impurezas apropriadas, tais como iodo.


Atualmente, estão sendo fabricadas baterias recarregáveis e células combustíveis que empregam elétrodos de polímero.

Propriedades Elétricas
Alunos:
Brayon Victor
Diego Vinícius da Silva Leal
Felipe Cerqueira de Oliveira Nogueira Santos
Fellipe Costa Rodrigues
Lucas Gonçalves Magalhães
Marcone Carvalho dos Santos Filho
Mauricio Canielas Krause
Paulo Roberto Cassiano Neves
Yuri Matheus Santana Dias

Professora:
Katlin Ivon Barrios Eguiluz


Propriedades Elétricas
Obrigado…
Polarização de Orientação


É encontrado somente em substancias com momentos de dipolo permanentes.

A polarização resulta de uma rotação dos momentos permanentes na direção do campo aplicado.

A polarização total P de uma substância é igual á soma das polarizações eletrônicas, iônica e de orientação (Pe, Pi, Po, respectivamente):
= + +

 
Piezoeletricidade

Piezoeletricidade é a eletricidade por pressão, a polarização é induzida e um campo elétrico é estabelecido através de uma amostra pela aplicação de forças externas

Esses materiais são utilizados em transdutores, que são dispositivos que convertem energia elétrica em deformações mecânicas, ou vice-versa.

Essa propriedade é característica de materiais que possuem estruturas cristalinas complexas e de baixo grau de simetria.
Polarização Eletrônica


Resulta de um deslocamento do centro da nuvem eletrônica carregada negativamente em relação ao núcleo positivo de um átomo por um campo elétrico.

Esse tipo de polarização é encontrado em todos os materiais dielétricos e, obviamente, existe apenas enquanto um campo elétrico estiver presente.

Capacitância
A capacitância está relacionada à quantidade de carga armazenada em cada uma das placas pela relação




É a voltagem aplicada através do capacitor. A unidade para a capacitância é o coulomb por volt, ou farad(F).








Capacitância

Figura X: Mostra a voltagem aplicada por um capacitor onde a direção do campo elétrico é da placa positiva para placa negativa.
O capacitor é constituído por duas placas condutoras chamadas de armaduras, entre as quais existe um material isolante denominado dielétrico.
 
Existem capacitores esféricos, cilíndricos, planos, e vários outros tipos de capacitores,
Aplicações
Polarização Iônica


Um momento de dipolo é originado por deslocamento dos cátions e ânions em direções opostas num campo aplicado.

A magnitude do momento de dipolo para cada par iônico pi é igual ao produto do deslocamento relativo di pela carga de cada íon:
=

 
Polarização

A polarização é definida como o alinhamento induzido ou permanente dos momentos de dipolo de moléculas ou átomos por efeito de um campo externo.




Os materiais isolantes (ou dielétricos) dependendo do tipo de material e das condições de aplicação do campo externo, basicamente podem apresentar 3 tipos de polarização: eletrônica, iônica e de orientação.
Aplicações

Os capacitores têm uma propriedade que é a de bloquear correntes contínuas e alternadas de baixas frequências e facilitar a passagem de correntes alternadas de altas frequências.


Essa propriedade pode ser utilizada para separar sons de música, por exemplo, encaminhando esses sons para os alto-falantes que são adequados para fazer a reprodução desse tipo de som.

Tipos de polarização


Polarização Eletrônica


Polarização Iônica


Polarização de Orientação

Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre



Titulo 1
Titulo 2
Titulo 3
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
1
1
1
A maioria dos materiais isolantes tem um número reduzido de elétrons ou íons móveis que permitem uma ínfima passagem de corrente elétrica quando colocados em um campo elétrico. O campo elétrico interage nos isolantes elétricos provocando um ligeiro deslocamento no balanço das cargas positivas e negativas dentro do material para formar um dipolo elétrico e são assim denominados materiais dielétricos.
36

37
Clique para editar o estilo do título mestre
Clique para editar os estilos do texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
02/10/2013

nº
Ocorre somente nos materiais iônicos.

39
Essa tendência do alimento é contraposta pelas vibrações térmicas dos átomos, tal que a polarização diminui com o aumento da temperatura.
È encontrado somente em substancias com momentos de dipolo permanentes.
A polarização resulta de uma rotação dos momentos permanentes na direção do campo aplicado.
A polarização total P de uma substância é igual á soma das polarizações eletrônicas, iônica e de orientação (Pe, Pi, Po, respectivamente), ou
= + +
É possível que uma ou mais dessa contribuições para a polarização total esteja ausente ou tenha magnitude desprezível em comparação as demais.

Essa tendência do alimento é contraposta pelas vibrações térmicas dos átomos, tal que a polarização diminui com o aumento da temperatura.
È encontrado somente em substancias com momentos de dipolo permanentes.
A polarização resulta de uma rotação dos momentos permanentes na direção do campo aplicado.
A polarização total P de uma substância é igual á soma das polarizações eletrônicas, iônica e de orientação (Pe, Pi, Po, respectivamente), ou
= + +
É possível que uma ou mais dessa contribuições para a polarização total esteja ausente ou tenha magnitude desprezível em comparação as demais.

40
Quando um grande campo elétrico é aplicado em materiais dielétricos, grande número de elétrons são repentinamente excitados. Essa enorme movimentação drástica dos elétrons produz uma degradação irreversível. Esse fenômeno é conhecido como ruptura do dielétrico. A Resistência dielétrica representa a magnitude do campo elétrico necessário para produzir a ruptura.
41
Exemplos de materiais que exibem a ferroeletricidade são o titanato de bário (BaTiO3), o sal de Rochelle (NaKC4H4O6), o di-hidrogeno fosfato de potássio (KH2PO4), o niobato de potássio (KNbO3).

42
Algumas outras aplicações familiares que empregam piezoelétricos incluem as agulhas de fonógrafos, microfones, alto-falantes, alarmes sonoros e os dispositivos ultra-sônicos de geração de imagens. Os materiais piezoelétricos incluem os titanatos de bário e de chumbo, o zirconato de chumbo (PbZrO3), o di-hidrogeno fosfato de amônio (NH4H2PO4) e o quartzo.
43
Um capacitor, com capacitância e tipo adequado, faz o bloqueio dessas baixas freqüências deixando passar somente os sons de freqüências mais elevadas, que são os sons agudos. Dessa forma, ocorre a separação de sons agudos(Tweeter) e graves(Woofers e Subwoofers).

35

Pode ser induzida em maior ou menor grau em todos os átomos.

38
Existem capacitores esféricos, cilíndricos, planos, e vários outros tipos de capacitores,
 (no entanto eles desempenham a mesma função, que é a de carregar e descarregar cargas elétricas.)

34
O quanto o material se opõe à passagem da corrente elétrica é representado por:

Roh= R(que resistência do material) vezes A (que é a área da secção transversal) dividido por I( que é o comprimento do material)
5
Nessa imagem está os elementos que representam as impurezas do Tipo (P) que é o Boro e do tipo (N) que corresponde ao fósforo (o que é cada um está nos slides anteriores)
23
Condutividade Elétrica é a facilidade do material de conduzir corrente elétrica, seja ele metais, semicondutores, Isolantes (Cerâmicas e Polímeros).

Os Como vemos na tabela, os metais são bons condutores apresentando condutividades da ordem de 107 (Ω.m)-1. Já os isolantes apresentam condutividades muito baixas, variando entre 10-10 e 10-20 (Ω.m)-1. E os semicondutores são os matérias com condutividades intermediarias, entre 10-6 e 104(Ω.m)-1.

6
O vídeo ilustra o que acabamos de mostrar.
7
Elementos que possui 3 elétrons na ultima camada, mas ele deveria fazer 4 ligações. Sendo assim fica um "buraco" na estrutura. Interferindo na condutividade. (melhora a condutividade também)
22

24

A voltagem aplicada nos terminais de um condutor é proporcional à corrente elétrica que o percorre, com isso e para um condutor mantido à temperatura constante, a razão entre a tensão entre dois pontos e a corrente elétrica é constante é igual a resistência do material.

4
Esse Gráfico mostra a concentração de portadores intrínsecos (elétrons excitados) que saem da banda de valência para banda de condução, em função da temperatura. Percebemos que em forma pura o fator da temperatura diretamente na quantidade de elétrons excitados. O Germânio nesse caso se mostrou com uma maior concentração de portadores que o silício em todas as temperaturas.
25
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
02/10/2013

nº
Nesse gráfico a linha tracejada representa o Si intrinseco enquanto a outra linha mostra o Si extrinseco dopado com fósforo, na linha do silício dopado existem 3 regiões observadas. A região extrinseca (entre 150 e 450 K) mostra uma concentração de elétrons constante, isso é devido ao fato de todos esses elétrons pertencerem a impureza (fósforo) que está incorporado na estrutura a quantidade de elétrons vai ser igual ao teor de fósforo na estrutura. A região abaixo de 100 k a energia é insufuciente para excitar os elétrons, ela é chamada de regiao de congelamento. A regiao intrínseca é quando a temperatura aumenta de tal forma que o material volta a ter um comportamento parecido com intrínseco se aproximando do comportamento da linha tracejada.
26

1

2

3
Uma corrente elétrica resulta do movimento de partículas eletricamente
carregadas em resposta a forças que atuam sobre elas a partir de um campo
elétrico externamente aplicado. As partículas carregadas positivamente sofrem
atração e as carregadas negativamente sofrem repulsão. Na maioria dos materiais sólidos
uma corrente tem origem a partir do fluxo de elétrons, o que é chamado de condução eletrônica.

Já nos materiais iônicos, é possível haver um movimento resultante de íons
carregados, o que produz uma corrente, esse fenômeno é denominado condução iônica.

8
LEMBRANDO QUE ESTÃO EM 0K

Metal- Condutor bom
Metal-Condutor ruim
Isolante
Semicondutor
9

Clique para editar o título mestre
Clique para editar o estilo do subtítulo mestre
02/10/2013

nº

17
Explicar o porque apesar da prata ser mais condutiva, o cobre é o mais utilizado (CUSTO)
13
Na prática, a estrutura cristalina ilustrada na figura só é conseguida quando o cristal de silício é submetido à temperatura de zero graus absolutos (ou -273ºC). Nessa temperatura, todas as ligações covalentes estão completas os átomos têm oito electrões de valência o que faz com que o átomo tenha estabilidade química e molecular, logo não há electrões livres e, consequentemente o material comporta-se como um isolante
16

14
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). 

São sólidos capazes de mudar sua condição de isolante para condutores com grande facilidade
15

Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
02/10/2013
nº

1
Quando um campo é aplicado, uma força faz com que os elétrons livres se espalhem. Para calcular o fenômeno do espalhamento, usamos a relação entre mobilidade eletrônica e velocidade de arraste. A velocidade de arraste representa a velocidade média do elétron na direção da força que é imposta pelo campo elétrico aplicado.
12
Os estados vazios adjacentes ao topo da banda de valência preenchida não estão disponíveis para os isolantes e semicondutores. Para tornarem-se livres os elétrons devem ser promovidos através do espaçamento entre bandas de energia para estados vazios na parte inferior na banda de condução. Isso se torna possível quando um elétron recebe a diferença de energia entre esses dois estados, que é aproximadamente igual à energia do espaçamento entre bandas, Ee. Tal processo está ilustrado na figura 3. O espaçamento entre bandas pode ter uma largura equivalente a vários elétrons-volt. O calor ou a luz servem como fonte não elétrica da energia de excitação. Quanto maior for o espaçamento entre as laminas, menor será a condutividade elétrica em uma dada temperatura. O aumento da temperatura resulta em um aumento na energia térmica disponível para a excitação dos elétrons, dando origem a uma maior condutividade.

11
O elemento pentavalente, mas só 4 elétrons fazem ligações… sobra 1 elétron livre e ele interfere na condutividade (melhora a condutividade)
21

20
Para que um elétron se torne livre, ele deve ser excitado ou levado a um dos estados de energia vazios e disponíveis acima de Ef.
Dessa forma, é necessária muito pouca energia para levar os elétrons para os estados de energia mais baixos que estão vazios, como mostrado na figura 2. Geralmente, a energia fornecida por um campo elétrico é suficiente para excitar grande número de elétrons para dentro desses estados de condução, tornando assim o metal um excelente condutor elétrico.

10
Quando um átomo diferente entra na estrutura, essa incorporação é chamado de dopagem. Esse conceito é o que acontece no outro tipo de semicondutores a seguir.
19
Ou seja, Na prática em temperaturas muito baixas 0 K ele se comporta como isolante. Já em temperatura ambiente (20ºC) ele se comporta como condutor devido a quantidade de energia aplicada que é suficiente para retirar elétrons da camada de valência dos átomos.
18
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
Clique para editar o texto mestre
Clique para editar o texto mestre
Clique para editar o texto mestre
Clique para editar o texto mestre
Clique para editar o texto mestre
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o estilo do subtítulo mestre
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
Clique para editar o texto mestre
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
Clique no ícone para adicionar uma imagem
Clique para editar o texto mestre
Clique para editar o texto mestre
Clique no ícone para adicionar uma imagem
Clique para editar o texto mestre
Clique para editar o texto mestre
Clique no ícone para adicionar uma imagem
Clique para editar o texto mestre
02/10/2013

nº
A maioria dos materiais poliméricos são maus condutores de eletricidade devido à indisponibilidade de grande número de elétrons livres para participar do processo de condução.

30

31
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
02/10/2013

nº

1
Clique para editar o texto mestre

2
Clique para editar o texto mestre
Clique para editar o título mestre
02/10/2013

nº
02/10/2013

nº
Quando uma voltagem é aplicada através de um capacitor, uma placa fica carregada positivamente, enquanto a outra fica carregada negativamente, com o campo elétrico correspondente direcionado da carga positiva para negativa.
33
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
Clique para editar o texto mestre
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique no ícone para adicionar uma imagem
Clique para editar o texto mestre
02/10/2013

nº
C\, é a capacitância, expressa em farads. Como esta unidade é relativamente grande, geralmente são utilizados os seus submúltiplos, como o microfarad, o nanofarad ou o picofarad.
V\, é a diferença de potencial (ou tensão elétrica), medida em volts.
Q\, é a carga elétrica armazenada, medida em coulombs;
32
Como consequência, eles são capazes de migrar ou de se difundir quando um campo elétrico está presente

29
Clique para editar o título mestre
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique no ícone para adicionar uma imagem
Clique para editar o texto mestre
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique no ícone para adicionar uma imagem
Clique para editar o texto mestre
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
Clique para editar o texto mestre
02/10/2013

nº
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
02/10/2013

nº
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
Clique para editar o texto mestre
02/10/2013

nº
"
"

27
Clique para editar o título mestre
Clique para editar o texto mestre
02/10/2013

nº

28

02/10/2013

Clique para editar o texto mestre
Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível

nº