Materiais Eletricos - Parte I

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    24-Sep-2015

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Materiais Eletricos - Parte I

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<ul><li><p>ndice : </p><p> 1. Estrutura Atmica: Modelos e aplicaes tecnolgicas..................................... 01 1.1. Introduo........... ..........................................................................................................................01 1.2. As leis ponderais e o incio da qumica moderna............................................................................02 1.3. A natureza eltrica da matria........................................................................................................03 1.4. As novas imagens para um mundo real ...e invisvel......................................................................04 1.5. As evidncias mostram-se inexplicveis.........................................................................................05 1.6. O modelo quntico: pode-se, enfim, explicar..................................................................................06 1.7. Novas vises do mundo sub-nuclear...............................................................................................08 1.8. A ltima parte do tomo..................................................................................................................11 1.9. O tomo moderno e as novas tecnologias.......................................................................................12 1.10. Bibliografia....................................................................................................................................15 </p><p>2. Materiais Condutores..............................................................................................16 Processo de Conduo dos metais................................................................................................ 16 2.1. Cobre............................................................................................................................................. 21 2.2. Produo do Cobre.................. ..................................................................................................... 22 2.3. Caractersticas do Cobre................................................................................................................ 24 2.4. Alumnio..........................................................................................................................................26 2.5. Variao da Resistividade com a Temperatura................................................................................29 2.6. Outros Condutores.................................................................. ........................................................30 2.7. Condutores Comerciais................................. ..................................................................................31 </p><p>2.7.1. Correntes Mximas................................................................................................................33 2.7.2. Propriedades Mecnicas........................................................................................................35 2.7.3. Efeito Pelicular.......................................................................................................................37 2.7.4. Corrente de Fuso.................................................................................................................38 </p><p>3. Materiais Isolantes.................................................................................................. 39 3.1. Bandas de Energia..........................................................................................................................39 3.2. Equacionamento. ............................................................................................................................41 3.3. Caractersticas dos Materiais Isolantes........................................................................................... 43 3.4. Propriedades Isolantes de Gases e Lquidos...................................................................................45 3.5. Efeito Corona..................................................................................................................................46 3.6. Propriedades Dieltricas dos Isolantes Slidos................................................................................47 </p><p>4. Materiais Semicondutores Intrnsecos.................................................................................48 </p><p>4.1. Conduo Eltrica nos Semicondutores................................................................................48 </p><p>4.2. Semicondutores Tipo N e P..................................................................................................48 </p><p>4.3. O Diodo Semicondutor.........................................................................................................49 </p><p>4.3.1. A Juno PN..........................................................................................................49 </p><p>4.3.2. Polarizao Direta da Juno PN............................................................................51 </p><p>4.3.3. Polarizao Reversa da Juno PN.........................................................................51 </p><p>4.3.4. Principais Especificaes do Diodo.........................................................................51 </p></li><li><p>FACULDADE DE ENGENHARIA DE SOROCABA </p><p>ENGENHARIA DE COMPUTAO - MATERIAIS ELTRICOS Prof.JOEL 1 </p><p>1. Estrutura Atmica: Modelos e aplicaes tecnolgicas </p><p>1.1. Introduo </p><p>A Qumica a cincia que estuda as transformaes da matria, que formada pr substncias, e essas, </p><p>pr molculas, que, pr sua vez, so formadas de tomos, que so formados pr... .Mas como falar </p><p>sobre tomos se eles no podem ser vistos? </p><p>Como no so vistos, deles so feitos modelos de acordo com o conhecimento de suas propriedades. </p><p>Aqueles que se interessam em estudar Qumica precisam buscar o entendimento de um mundo </p><p>microscpico para explicar as realidades deste mundo que nos cerca. </p><p>Quando se fala em tomos, molculas, reaes qumicas, est-se referindo a realidades sobre as quais </p><p>se conhece mais do que o resultado de algumas interaes. Por isso so construdos modelos mais ou </p><p>menos aproximados do que se conhece do modelado, na busca de facilitar nossas interaes com ele, </p><p>de modo que, atravs dos modelos, nas mais diferentes situaes, possam ser feitas interferncias e </p><p>previses de propriedades. </p><p>Na verdade, so simplificaes da realidade, ou porque esta complexa demais, ou porque sobre ela </p><p>pouco se conhece. </p><p>Uma simplificao no significa que o modelo errado e sim menos sofisticado e talvez mais </p><p>adequado para tratar certos conhecimentos. </p><p>A concepo do tomo vem sendo modelada e modificada atravs do desenvolvimento da humanidade </p><p>e da cincia. Podemos perguntar: "qual o modelo mais adequado?", ao que pode ser respondido: </p><p>"depende de para que os tomos modelados vo ser usados depois". </p></li><li><p>FACULDADE DE ENGENHARIA DE SOROCABA </p><p>ENGENHARIA DE COMPUTAO - MATERIAIS ELTRICOS Prof.JOEL 2 </p><p>1.2. As leis ponderais e o incio da qumica moderna </p><p>Embora pudesse perceber e admirar a transformao de certas matrias, quando postas em contato com </p><p>outras, apenas a partir do final do sculo XVIII o homem pode, baseado em evidncias experimentais, </p><p>chegar a concluses relativas transformao da matria. Eram comuns, essa poca, procedimentos </p><p>de pesquisa que envolviam a medida das massas das substncias reagentes e dos produtos. </p><p>Segundo a teoria do flogisto, de Stahl, quando um corpo queimava, liberava seu flogisto, ocasionando </p><p>a converso de metais na sua "cal " . Acreditava-se que o carvo era formado de flogisto praticamente </p><p>puro. Isso porque, na queima, ele quase desaparece, deixando pouqussima cinza. Unindo a cal do </p><p>metal ao flogisto, isto , aquecendo o produto da combusto do metal com o carvo, se regenerava o </p><p>metal. </p><p>Lavoisier (1743 - 1794) pressentiu a fundamentao errnea da teoria do flogisto e procurou outra </p><p>explicao, executando diversos experimentos de combusto de substncias conhecidas, pesando com </p><p>preciso o material antes e depois do experimento. fcil conceber que, se o flogisto liberado na </p><p>queima, ento o pedao metlico deve ficar mais leve. A constatao oposta. A massa da suposta </p><p>"cal", cinza metlica, sempre maior que a do metal. </p><p>A partir de experincias bem controladas, Lavoisier demonstrou que a queima uma reao com o </p><p>oxignio. O que os alquimistas chamavam de cal do metal na verdade, um novo composto, o xido </p><p>metlico. A regenerao da cal ao metal feita porque, sendo o carvo constitudo pelo elemento </p><p>qumico carbono, durante o aquecimento se formar gs carbnico, por combinao com o oxignio do </p><p>xido, deixando o metal livre. </p><p>Portanto, h transformao dos metais em seus xidos, atravs da combusto, por efeito de uma </p><p>combinao do metal queimado com o oxignio do ar e no por haver sido perdido o flogisto. </p><p>A superao da idia flogisticista e o esclarecimento da combusto trazem novos direcionamentos para </p><p>as investigaes sobre a natureza das substncias. </p><p>Lavoisier observou certa regularidade em muitas reaes qumicas por ele realizadas. Utilizando-se do </p><p>estudo sistemtico das reaes e da medida rigorosa das massas envolvidas, ele pde generalizar algo </p><p>que vinha observando: "Quando uma reao qumica ocorre em ambiente fechado, a massa total antes </p><p>da transformao igual massa total aps a transformao." </p><p>Tratando-se de um fato natural que se repete invariavelmente, tal observao entendida como uma </p><p>lei; no caso, Lei da Conservao da Massa, ou Lei de Lavoisier. </p><p>Nos anos que se seguiram, Lavoisier e os qumicos Guyton de Morveau e Antoine de Fourcroy </p><p>reorganizaram a nomenclatura qumica luz da nova teoria, dando a cada substncia um nome que </p><p>descrevia sua composio qumica e definindo seus elementos, de acordo com princpios anteriormente </p><p>estabelecidos por Boyle, para quem os elementos seriam melhor descritos como substncias, </p><p>perfeitamente homogneas, nas quais os corpos mistos podem, em ltima instncia, transformar-se. Era </p><p>um sistema muito semelhante ao empregado hoje. Dois anos depois, Lavoisier apresentou o Tratado </p><p>Elementar de Qumica, o qual, por sua clareza e abrangncia, popularizou as novas idias. A era da </p><p>qumica moderna, afinal, se iniciava. </p><p>Passados vinte anos, em 1797, Joseph-Louis Proust, investigando a composio das substncias, pde </p><p>afirmar que, em uma reao qumica, seja ela qual for, as massas dos elementos envolvidos guardam, </p><p>entre si, uma relao fixa. Tal verificao experimental levou Proust a enunciar a Lei das Propores </p></li><li><p>FACULDADE DE ENGENHARIA DE SOROCABA </p><p>ENGENHARIA DE COMPUTAO - MATERIAIS ELTRICOS Prof.JOEL 3 </p><p>Definidas: "Uma determinada substncia, independentemente de sua origem ou de seu processo de </p><p>preparao, sempre formada pelos mesmos elementos, na mesma proporo em massa." </p><p>Embora fossem sustentadas por alguns dos qumicos mais progressistas da poca, estas leis no </p><p>podiam explicar por que as massas eram conservadas durante uma transformao qumica, e por que </p><p>certos tipos de matria pareciam ter a mesma composio. </p><p>Tais explicaes surgiram quando John Dalton (1766-1844), meteorologista autodidata, colocou-se </p><p>algumas questes bsicas sobre a atmosfera. </p><p>1.3. A natureza eltrica da matria </p><p>Michael Faraday (1791-1867) acreditava na impossibilidade de se explicar a existncia de materiais </p><p>condutores e isolantes luz da hiptese atmica, que, para ele, admitia que os tomos no se tocavam, </p><p>uma vez que havia espao entre eles. </p><p>Sendo assim, o espao seria a nica parte contnua da matria. Como ele imaginava que a eletricidade </p><p>necessitava de um meio material para fluir, perguntava-se: como o espao poderia apresentar natureza </p><p>dupla: condutor, nos corpos condutores, e isolante, nos corpos isolantes? </p><p>Faraday verificou que determinadas substncias, quando dissolvidas em gua, possibilitavam a </p><p>conduo de corrente eltrica e se decompunham por ao dela, dando origem a duas outras. Esse </p><p>fenmeno reafirmava a natureza eltrica da matria e fazia crer que ela seria constituda de partculas </p><p>carregadas, tanto positiva quanto negativamente. Isto sugeria um tomo, no mais uma esfera macia, </p><p>homognea, mas constitudo de outras partculas. </p><p>O que contribuiu decisivamente para novas descobertas foram as descargas eltricas em ampolas de </p><p>vidro contendo gases a baixa presso. Nessas ampolas, de aproximadamente 40 cm de comprimento, </p><p>eram instalados dois eletrodos metlicos, ligados aos extremos de um gerador. Se o tubo estivesse </p><p>cheio de gs presso atmosfrica, mesmo com o emprego de alta voltagem, nada se observava. </p><p>Reduzindo-se a presso do gs com uma bomba de vcuo, verificava-se o surgimento de luminescncia </p><p>no interior do tubo. Este brilho parecia ser causado por alguma coisa procedente de eletrodo negativo, </p><p>o ctodo. </p><p>O fsico William Crookes tentou explicar esses "raios catdicos", afirmando que se deviam s poucas </p><p>molculas de gs ainda remanescentes no tubo, as quais se eletrificavam, sendo ento repelidas pelo </p><p>ctodo. Em 1894, o fsico alemo Phillipp Lenard pde demonstrar que os raios catdicos no eram </p><p>molculas de gs, como supunha Crookes. Lenard pensava que fossem algum tipo de radiao </p><p>eletromagntica. John Joseph Thomson dedicou-se a estudar esses raios. Ao medir sua velocidade, </p><p>percebeu que era 1600 vezes mais lenta que a da luz, vindo a adotar o ponto de vista de que eram </p><p>partculas. Em 1897, concluiu que deviam ser pequenas, comparadas com as dimenses dos tomos e </p><p>molculas ordinrios, e que eram as mesmas em todos os gases analisados. Estudos posteriores, sobre a </p><p>carga e a massa dessas partculas, permitiram concluir que se tratava de alguma coisa com massa </p><p>aproximadamente 1800 vezes menor que a do tomo mais leve e que possua carga negativa. Assim, ao </p><p>findar o sculo, a existncia do "eltron ", como passou a ser designada, estava estabelecida. A </p><p>importncia da descoberta foi provar que os tomos no eram as menores partculas da matria. </p><p>Em 1896, o fsico alemo E. Goldstein, usou um tubo Crookes modificado, para produzir um novo tipo </p><p>de raio. Goldstein observou um fluxo incandescente, que parecia mover-se em direo ao nodo. </p><p>Chamou esse fluxo de raio canal e, pela observao da deflexo do raio canal em um campo eltrico ou </p><p>magntico, foi capaz de provar que o raio consistia de partculas carregadas positivamente. No entanto, </p></li><li><p>FACULDADE DE ENGENHARIA DE SOROCABA </p><p>ENGENHARIA DE COMPUTAO - MATERIAIS ELTRICOS Prof.JOEL 4 </p><p>diferentemente dos eltrons, essas partculas no eram todas iguais. Elas apresentavam diferentes </p><p>cargas, embora cada partcula tivesse uma carga sempre mltipla da carga definida para o eltron. </p><p>Alm do mais, as massas dessas partculas mostravam-se muito maiores que a massa de um eltron. </p><p>Pelos resultados dos diversos experimentos realizados com as ampolas de Crookes, pode-se chegar s </p><p>seguintes concluses: os eltrons esto presentes em qualquer substncia utilizada como ctodo; sob </p><p>influncia de alta voltagem, os eltrons deixam o ctodo e, alguns deles, colidem com o gs residual no </p><p>tubo; com o choque, um ou mais eltrons adicionais deixam a molcula, que se torna uma espcie </p><p>qumica carregada positivamente, um on positivo. </p><p>1.4. Novas imagens para um mundo...</p></li></ul>