Atividade 01

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ 
Herick Wallace da Silva – 20179129257 
herickuf@ufpi.edu.br 
 
MATERIAIS ELÉTRICOS 
ATIVIDADE 01 
01 – Selecione dois dos seguintes itens ou dispositivos modernos e faça uma busca na Internet 
para determinar qual(is) material(is) específico(s) é(são) usado(s) e quais propriedades 
específicas esse(s) material(is) possui(em) para o dispositivo/item funcionar corretamente. Por 
fim, escreva um texto no qual você relata suas descobertas. 
I) BATERIA DE TELEFONE CELULAR 
 As baterias são conjuntos de pilhas ligadas em série, ou seja, são dispositivos eletroquímicos nos 
quais ocorrem reações de oxidorredução, produzindo uma corrente elétrica. As baterias, assim como 
as pilhas, apresentam um ânodo e um cátodo, ambos em contato com um eletrólito (na forma de 
solução ou em gel). 
 A principal diferença que uma bateria apresenta com relação a uma pilha comum (bateria primária) 
é o fato de poder ser recarregada, ou seja, voltar a sofrer o processo de oxidação e redução, o que 
produz a corrente elétrica. 
 Atualmente existem alguns tipos de baterias que variam de acordo com a finalidade. 
a) Bateria níquel/cádmio 
 Os primeiros celulares tinham baterias de níquel cádmio(NiCd). Trata-se de uma bateria que 
apresenta um ânodo formado por uma liga metálica de ferro e cádmio e um cátodo formado por 
hidróxido de níquel III (NiO(OH)2). Esses dois eletrodos ficam imersos em uma solução com água e 
hidróxido de potássio, que é o eletrólito: 
 No ânodo: o cádmio presente na liga metálica sofre oxidação (perde elétrons) e interage com os 
cátions hidróxido (OH-) presentes na solução: 
Cd + OH− → Cd(OH)2 + 2 e 
 No cátodo: o hidróxido de níquel III, em contato com a água da solução, recebe os elétrons perdidos 
pelo cádmio e sofre redução, formando hidróxido de níquel II hidratado e liberando ânions hidróxido: 
NiOOH + 2 H2O + 2e → Ni(OH)2. H2O + OH
− 
 Quando todo o cádmio sofre oxidação, a bateria para de gerar corrente elétrica. Porém, ao fornecer 
energia elétrica do meio externo, ambas as equações passam a ocorrer de forma inversa, 
restabelecendo os dois eletrodos. 
 
 
 
b) Bateria íons lítio 
 Os smartphones atuais possuem baterias de lítio. Na bateria de íons lítio temos um ânodo formado 
pela associação de lítio e grafite (carbono), enquanto que no cátodo temos um óxido formado por lítio 
e cobalto. 
 No ânodo: o carbono sofre oxidação e libera íons lítio e elétrons 
LiyC(s) → C(s) + yLi
+ + e 
 
 No cátodo: os íons lítio chegam juntamente com os elétrons, sendo que esses íons se incorporam 
ao óxido formado por lítio e cobalto, aumentando a quantidade de lítio no óxido: 
LiCoO(s) + Li
+ + e → Li2CoO(s) 
 Quando todo carbono oxida, a bateria para de gerar corrente elétrica. Porém, ao fornecer energia 
elétrica do meio externo, ambas as equações passam a ocorrer de forma inversa, restabelecendo os 
dois eletrodos. 
II) CÉLULA SOLAR 
 Uma célula fotovoltaica é um dispositivo responsável por converter a energia luminosa em energia 
elétrica. Um conjunto de células fotovoltaicas encapsuladas forma os chamados módulos 
fotovoltaicos – também conhecido como placas solares ou painéis fotovoltaicos. 
 Semicondutores têm a “banda de valência” completamente cheia e a “banda de condução” vazia, 
mas o “band-gap” dos semicondutores é de 1 eV (um elétron-volt). Isso faz com que um semicondutor 
se comporte como um isolante à 0° Kelvin, mas, com o aumento da temperatura, começam a conduzir 
eletri 
 Ao receber fótons de radiação eletromagnética com frequência dentro do espectro da luz visível, 
os elétrons da banda de valência podem saltar para a banda de condução, produzindo uma corrente 
elétrica no interior da estrutura cristalina do semicondutor. 
 Para que seja possível aproveitar essa corrente elétrica do interior de um semicondutor intrínseco, 
é necessário perturbar a sua formação cristalina. Isso é feito adicionando-se elementos químicos que 
atrapalharão a ligação atômica do semicondutor. Esse processo se chama dopagem. 
Célula Fotovoltaica de Silício Cristalizado 
 É a célula solar clássica. É composta de uma lâmina de silício purificado dopada, ao mesmo tempo, 
com boro e fósforo. A parte dopada com fósforo, do tipo-N, fica exposta ao sol. A parte dopada com 
boro, do tipo-P, fica na parte inferior da célula, e é maior que o tipo-N. 
II) DESCOBERTAS 
 Algumas descobertas interessantes são descritas a seguir: em contato com a água ou ar o lítio 
presente nas baterias de celular gera combustão e oferece sérios riscos acidentais; os fótons com mais 
energia contribuem com maior geração de calor, no qual faz as células fotovoltaicas de silício 
cristalino perderem eficiência, pois a tensão da célula cai e, portanto, a potência que essa pode gerar 
cai também. 
 
02 – Com base em seus conhecimentos sobre ligações atômicas, pesquise e explique: 
 a) Como as lagartixas se mantêm presas às paredes e superfícies? 
 
 Essa habilidade desse pequeno réptil tem a ver com as forças de Van der Waals, que são forças 
intermoleculares. Uma dessas forças, a de dipolo induzido, é a que se estabelece entre as patas da 
lagartixa e a superfície por onde ela anda. Essas forças são resultado do seguinte processo: 
isoladamente, essas moléculas não apresentam um dipolo, são apolares; mas, no momento em que se 
aproximam, as atrações ou repulsões eletrônicas entre seus elétrons e núcleos podem levar a uma 
deformação de suas nuvens eletrônicas, momentaneamente, originando polos positivos e negativos 
temporários. Esse dipolo formado em uma molécula induz a formação do dipolo em outra molécula 
vizinha e, por isso, elas se atraem, mantendo-se grudadas ou unidas. 
 
b) Por que os recipientes cheios de água podem romper quando submetidos a temperaturas 
muito baixas? 
 Com a diminuição da temperatura, diminui a agitação molecular e as das pontes de hidrogênio 
ficam mais fortes, o que aumenta a densidade da água até ao ponto em que ocorre a anomalia da 
densidade da água. 
 A densidade da água líquida decresce desde os 4°C até aos 100°C, quando está prestes a passar 
para o estado de vapor. Com a diminuição da temperatura vai ocorrendo um aumento da densidade, 
até a temperatura de aproximadamente 4 °C, quando a água apresenta a sua densidade máxima. Este 
ponto é também chamado de ponto da anomalia da densidade, pois com a diminuição adicional da 
temperatura a densidade da água líquida volta a diminuir até solidificar. 
 
Fig.1: Variação da densidade da água com a temperatura. 
c) Por que estruturas como a grafita e o diamante são tão diferentes se ambas são construídas 
por carbono? Por que o primeiro consegue conduzir eletricidade de forma razoável e o segundo 
é mau condutor de eletricidade? 
 Quimicamente falando o grafite e o diamante são compostos por carbono puro, o que os diferencia 
é a sua estrutura cristalina, ou seja, a maneira como que os átomos de carbono estão arranjados no 
reticulado cristalino material. Esta forma de organização dos átomos é definida pela condição externa 
de temperatura e pressão em que as ligações entre os átomos foram formadas. 
 No grafite, cada átomo de carbono está ligado a outros 3 átomos formando um hexágono, já no 
diamante, cada átomo de carbono está ligado a outros 4 átomos, formado um tetraedro. Esta diferença 
na sua estrutura cristalina, leva a que estes materiais tenham propriedades físicas bastante diferentes, 
que os leva a terem aplicações muito diversas. 
 Em função das suas propriedades, o grafite é usado para aquecimento, produção de energia, 
lubrificação e produção de aço. Já o diamante é um ótimo abrasivo, sendo usados em aplicações 
severas de perfuração de rochas e no mercado de joias. 
 
Fig.2: Estrutura cristalina da grafita e do diamante. 
 Observe os anéis hexagonais formados na grafita: nos anéis hexagonaisexistem duplas ligações, 
ou ligações pi (π), conjugadas, que permitem a migração dos elétrons. Além disso, os carbonos 
assumem uma hibridização sp2 (plana), formando, como já dito, folhas superpostas como "colmeias", 
isto é, que estão paralelas; e ligações em planos diferentes, que são mais fracas, permitindo a 
movimentação de elétrons entre os planos, ou seja, ocorre a transferência da eletricidade. 
 Observe que o diamante não possui ligações duplas, mas os seus carbonos possuem hibridização 
sp3 (tetraédrica), portanto seus cristais são arranjos desses tetraedros, cuja conformação atômica 
dificulta o trânsito dos elétrons de modo linear e, portanto, torna o diamante um mau condutor de 
eletricidade. 
 
 
 
03 – Pesquise e explique com suas palavras os seguintes temas: 
a) Materiais cristalinos e microcircuitos. 
a) Materiais Cristalinos 
 Os materiais sólidos podem ser cristalinos ou amorfos. O conceito de estrutura cristalina está 
relacionado à organização dos átomos de forma geométrica. 
 As estruturas cristalinas estão presentes em diversos materiais, em que os átomos distribuídos 
dentro de sua estrutura formam uma rede chamada retículo cristalino. Possuem, portanto, estruturas 
cristalinas os sais, metais e a maior parte dos minerais. 
 As moléculas das estruturas cristalinas podem possuir dois tipos de ligações, as direcionais, em 
que se incluem as covalentes e dipolo-dipolo e as não-direcionais em que estão as ligações metálica, 
iônica, van der Walls. 
 As estruturas cristalinas são formadas por células unitárias que são sua unidade básica, pois 
constituem o menor conjunto de átomos associados encontrados numa estrutura cristalina. Há sete 
tipos de sistemas cristalinos que abrangem as substâncias conhecidas pelo homem: 
• Cúbico: em que todos os ângulos são iguais a 90º 
• Tetragronal: em que todos os ângulos são iguais a 90º 
• Ortorrômbico: em que todos os ângulos são iguais a 90º 
• Monoclínico: em que há dois ângulos iguais a 90º e dois ângulos diferentes de 90º 
• Triclínico: em que todos ângulos são diferentes e nenhum é igual a 90º 
• Hexagonal: em que dois ângulos são iguais a 90º e um ângulo é igual a 120º 
• Romboédrico: em que todos os ângulos são iguais, mas diferentes de 90º. 
b) Microcircuitos 
 São circuitos eletrônicos de dimensões muito reduzidas, compostos de circuitos integrados, 
transistores, díodos, resistências etc., e fechado numa caixa estanque. Essa possibilidade de trabalhar 
com microcircuitos surgiu a partir da utilização dos materiais semicondutores, nos quais os principais 
são o silício(Si), germânio(Ge) e arseneto de gálio(GaAs). O tipo e o nível de dopagem descrevem as 
características dos dispositivos eletrônicos( diodos, transistores, tiristores,...). 
b) Aplicação de materiais monocristalinos e policristalinos em sistemas fotovoltaicos. 
 Os módulos fotovoltaicos policristalinos são feitos a partir de vários pequenos cristais de 
silício. Estes vários cristais são fundidos e dão origem a grandes blocos, e a partir destes blocos 
são produzidas as células fotovoltaicas. Já os módulos monocristalinos são formados por um 
bloco único cristalino, mais puro. 
 Por conta dos módulos policristalinos serem formados por vários pequenos cristais, as 
fronteiras presentes entre estes cristais dificultam a passagem de corrente elétrica. Por isso, 
módulos monocristalinos são mais eficientes quando analisamos potência por área, pois possuem 
maior espaço para os elétrons se mexerem e então gerarem energia. 
a) Vantagens dos módulos monocristalinos 
• Possuem maior eficiência quando comparados a outras tecnologias comercialmente viáveis. 
• Necessitam menos espaço para gerar a mesma quantidade de energia. 
• Garantia da maioria dos fabricantes é de 25 anos. 
• Em condições de pouca luz, ou incidência de sombras, se comportam melhor do que os 
policristalinos. 
b) Desvantagens dos módulos monocristalinos 
• Módulos monocristalinos são mais caros quando comparados com os policristalinos e com 
alguns de filme fino. 
• Geram um maior recorte de silício do bloco ao produzir as células, que é descartado. Então, 
existe uma sobra maior de material que precisa ser reciclado. 
c) Vantagens dos módulos policristalinos 
• Tendem a possuir um custo mais barato em comparação aos módulos monocristalinos. 
• Comercialmente mais viáveis devido à forte presença no mercado e preço competitivo. 
Apesar de isto estar mudando, veremos mais a frente. 
• Garantia da maioria dos fabricantes é de 25 anos. 
• Geram menos resíduos proveniente do corte do silício. 
d) Desvantagens dos módulos policristalinos 
• São menos eficientes do que os monocristalinos, principalmente quando analisamos 
geração por área de módulo. 
• Necessitam maior espaço para gerar a mesma quantidade de energia em comparação ao 
monocristalino. 
c) Direções cristalográficas e anisotropia. 
 
 Direção cristalográfica é definida como uma linha entre dois pontos (vetor) dentro da célula 
unitária. 
 Anisotropia É um fenómeno em virtude do qual certas propriedades físicas de um mesmo corpo 
dependem da direção em que são medidas. O facto de as substâncias minerais formarem cristais indica 
que o comportamento físico da matéria cristalina depende da direção. Em determinadas direções 
formam-se faces, noutras arestas e noutras vértices.