Propriedades elétricas em Materiais

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1 FACULDADE SUDOESTE PAULISTA Ciência e Tecnologia de Materiais Prof. Msc. Patrícia Correa Propriedades elétricas em Materiais

2 PROPRIEDADES ELÉTRICAS CONDUTIVIDADE e RESISTIVIDADE ELÉTRICA ( ) É o movimento de cargas elétricas (elétrons ou íons) de uma posição para outra. = condutividade elétrica (ohm -1.cm -1 ) = resistividade elétrica (ohm.cm) = 1/ = n.q. n= número de portadores de carga por cm 3 q= carga carregada pelo portador (coulombs) [q do elétron= 1,6x10-19 coulombs] = mobilidade dos portadores de carga (cm 2 /V.s)

3 Leis de Ohm Resistência elétrica 1 Lei: U = Ri 2 Lei R =. l/a U tensão ddp i intensidade de corrente elétrica - resistividade elétrica l - comprimento do condutor A área de secção reta

4 Definições: Bandas de Valência: é uma banda de energia formada por níveis de energia, ocupada por elétrons semilivres, que estão um pouco mais separados do núcleo que os demais. Em outras palavras prontos para serem excitados, se desprenderem do seu núcleo atômico e se tornarem livres para condução. Banda de Condução: É nesta região que se estabelece a condução elétrica.

5 Classificação de materiais quanto as propriedades elétricas

6 PROPRIEDADES ELÉTRICAS SEMICONDUTORES Tem resistividade entre metais e isolantes cm cm A resistividade diminui com o aumento de temperatura (ao contrário dos metais) A resistividade diminui com a adição de certas impurezas A resistividade aumenta com a presença de imperfeições nos cristais.

7 PROPRIEDADES ELÉTRICAS EXEMPLOS DE SEMICONDUTORES Silício, Germânio (Grupo IV da Tabela Periódica) GaAs, GaN, InP, InSb, etc. (Grupo III-V da Tabela Periódica) PbS, CdTe, galena, (Grupo II-VI da Tabela Periódica) 95% dos dispositivos eletrônicos são fabricados com Silício 65% dos dispositivos de semicondutores do grupo III-V são para uso militar

8 SEMICONDUTOR Num semicondutor, os elétrons podem ser excitados para a banda de condução por energia elétrica, térmica ou óptica (fotocondução) Quando um elétron é excitado para a banda de condução deixa um buraco ou uma vacância na banda de valência que contribui também para a corrente.

9 Isolantes: em baixas temperaturas e em temperatura ambiente Semicondutores são: Condutores: em altas temperaturas

10 Mecanismos que afetam propriedades elétricas: - Temperatura - Impurezas (Dopagem) - Deformação Plástica

11 EFEITO DA TEMPERATURA E DA ESTRUTURA DO MATERIAL NA RESISTIVIDADE ESTRUTURA PERFEITA A BAIXA TEMPERATURA MOVIMENTO DOS ELÉTRONS A MAIS ALTA TEMPERATURA MOVIMENTO DOS ELÉTRONS EM UMA ESTRUTURA COM IMPUREZAS

12 Metais: Condutores (ôhmicos ou não ôhmicos) Cerâmicas e polímeros: Na maior parte dos casos são isolantes a temperatura ambiente. o aumento da temperatura esses materiais podem apresentar características semelhantes ou melhores que os semicondutores.

13 Cerâmicas supercondutoras Supercondutividade a baixa temperatura **Levitação sob ação de campo magnético É uma propriedade física. De característica intrínseca de certos materiais, quando resfriados a temperaturas extremamente baixas, tendem a conduzir corrente elétrica sem resistência nem perdas. Como esses materiais não possuem resistência elétrica, o que significa que os elétrons podem se deslocar livremente através deles, eles podem transmitir grandes quantidades de corrente elétrica por longos períodos sem perder energia na forma de calor. Foi comprovado que malhas de fios supercondutores podem transmitir correntes elétricas por centenas de anos sem nenhuma perda considerável. Essa propriedade tem implicações para a transmissão de energia elétrica, se as linhas de transmissão puderem ser feitas de cerâmicas supercondutoras, e para dispositivos de armazenamento de energia elétrica.

14 Poliacetileno O poliacetileno é o primeiro polímero condutor de corrente elétrica. Esse polímero tem baixa densidade, "não enferruja" e pode formar lâminas finas. A capacidade de condução elétrica se deve à presença de duplas ligações alternadas em sua estrutura, o que permite que os elétrons fiquem deslocalizados ao longo da cadeia.