Aula_11

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Teoria de Física dos Dispositivos Eletrônicos
Prof. Marcus V. Batistuta
mvbatist@gmail.com
Aula-11
Transporte de Corrente em Gases Ionizados - Plasmas 
Válvula Termiônica
FGA Universidade de Brasília
1
2
Condução em Metais: Gás de Elétrons (-) 
Condução em Gases ionizados: Íons (+ e -) e Elétrons (-)
Transporte de Corrente
+ - ( ) /I V V R=
( ) ?I V =
Lei de Ohm
Lei ?
UnB-FGA 3
Termodinâmica dos Gases
[ ]E Joules PV NkT= =
4
Termodinâmica dos Gases
Equação de Boltzmann:
Boltzmann Transport Equation (BTE):
(Forma Geral)
Gases possuem uma distribuição estatística de Maxwell-Boltzmann.
6 Coordenadas:
Difusão Deriva
Aproximação:
Bhatnagar, Gross e Krook
tempo:
Tempo de Colisões (s)
Inelásticas
0
BGK
f ff
t 
− 
= − 
 
Maxwell-Boltzmann para T0 (Gases)
5
T = 25oC 
6
Quarto Estado da Matéria - Plasma
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Plasma-lamp_2.jpg
7
8
Descargas em Gases
William Crookes (1832-1919)
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2b/Electric_glow_discharge_schematic.png
9
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Sistema de Equações Vlasov-Maxwell (cgs)
Distribuições não são Maxwellianas em Gases Ionizados.
11http://g3ynh.info/disch_tube/intro.html
gse – Coeficiente de Emissão de Elétrons Secundários (Bombardeio de Íons Positivos no Cátodo)
Obs: A e B dependem de E/p
(Campo elétrico / pressão)
(EB ~ VB / d)
Lei de Paschen
Friedrich Paschen (1889)
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Aplicações Tecnológicas do Plasma
Iluminação Neon
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Aplicações Tecnológicas do Plasma
Lâmpada de Arco de Xenônio
Cathode
(-)
Anode
(+)
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Espectro de Emissão de uma Lâmpada de Arco de Xenônio
Pressão: 40 a 60 atmosferas
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Aplicações Tecnológicas do Plasma
Tocha de Plasma
16
Aplicações Tecnológicas do Plasma
17
http://www.institutotesla.org/propulsion.html
Electrohydrodynamics (EHD)
Alexander Seversky (1959): https://patents.google.com/patent/US3130945
18
http://www.daviddarling.info/encyclopedia/X/XIPS.html
XIPS (Xenon-ion Propulsion System)
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Aplicações Tecnológicas do Plasma
VASIMIR
Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket
20
Lâmpada Neon
+ +
_ _
~
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5e/Neonlamp3.JPG
21
Testador com Lâmpada Neon
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Testador com Lâmpada Neon
100K (220K)
110V (220V)
Precisa do resistor para limitar a corrente!
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Padrão da Tomada Brasileira
NBR 14136 
Padrão Americano
Padrão Brasileiro
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Testando a Tomada Padrão Brasileira (NBR 14136)
Neon-1: Acende
Neon-2: Acende
Neon-3: Não Acende
Neon-4: Acende
Neon-5: Não Acende
Neon-6: Não Acende
Neon-1
Neon-2 Neon-3
Neon-4
Neon-5
Neon-6
100kW
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Lâmpada Neon
Eletrôdos de Níquel ou Molibdênio.
Gases: Neônio (99%) e Hélio (1%)
Pressão: 1 a 25 mBar
85Kr com meia vida de 10.8 anos.
http://www.giangrandi.ch/electronics/neon/neon.shtml
Pulverização Catódica (Sputtering)
Após vários anos de uso. 
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Circuito de Medidas
VA >> VB
I
I = VB / R2
R1 >> R2
R2 = 100kW
R1
100X
1X
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28
Curva I vs. V da Lâmpada Neon
29http://www.bristolwatch.com/ele/neon.htm
Oscilador com Lâmpada Neon
http://www.giangrandi.ch/el
ectronics/neon/neon.shtml
30
Oscilador com duas Lâmpadas Neon
http://www.bristolwatch.com/ele/neon.htm
http://www.giangrandi.ch/electronics/neon/neon.shtml
31
Oscilador em Anel
http://www.bristolwatch.com/ele/neon.htm
32
Circuito de Acionamento de Lâmpada Neon com Indutor
https://www.global.tdk.com/techmag/electronics_primer/inductor_vol2.htm
33
Tubos Nixie
http://www.giangrandi.ch/electronics/neon/neon.shtml
34
Regulador de Tensão com Tubo Neon (0A2)
0A2: V = 150 volts (5 a 30 mA)
http://www.giangrandi.ch/electronics/neon/neon.shtml
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Válvula Diodo Termiônica
1873, Frederick Guthrie
1880, Thomas Edison (Efeito Edison)
1904, John Ambrose Fleming (Trabalhando para Marconi)
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37http://www.physics.csbsju.edu/370/thermionic.pdf
Lei de Langmuir-Child
3/2
2 6
2
[ / ] (2,33 10 ) AA
V
J A cm
b
−= 
38
Válvula Diodo
Curvas de Corrente vs. Tensão