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1-Considere que você tenha comprado um forno para tratamento térmico em metais e deseja instalá-lo. Sabendo que você não pode alterar o comprimento do fio a ser utilizado, considere a opção mais adequada ao contexto descrito anteriormente. R: Deverá ser comprado o fio de maior área de seção reta, uma vez que este apresentará menor resistência a passagem de elétrons e, portanto, apresentará menor perda energia por Efeito Joule (geração de calor). 2-Determine a resistência de um condutor de cobre com seção reta circular, 32 metros de comprimento e raio de 1,2 mm. Considere a condutividade do cobre igual a 5,8 x 10 7 S/m. R: 0,12 Ω 3-Nas instalações, é comum vermos operários com vestimentas especiais, são os Equipamentos de Proteção Individual (EPI), que devem ser utilizados em diversas ocasiões, cada qual com sua especificidade.. No EPI de quem mexe com eletricidade, é fundamental a utilização de luvas de borracha de boa qualidade para promover o isolamento das mãos do operador em relação a um possível meio eletricamente carregado, pois se sabe que correntes da ordem de 20mA já podem causar parada respiratória. Entre os materiais que podem ser classificados quanto ao seu comportamentoelétrico semelhante ao da borracha, podemos citar: R: Isopor, madeira e água destilada e deionizada. 4-Em 1827, Georg Simon Ohm (1787-1854), professor da Universidade de Munique, publicou em artigo a relação que mais tarde levaria seu nome, a Lei de Ohm. Contudo, foi somente nas décadas seguintes que o estudo adquiriu relevância e gerou outros conceitos como a condutividade e a resistividade (MEYER HERBERT W., A History of Electricity and Magnetism. Connecticut, Norwalk, 1972, Chapter 4). Entre as opções a seguir, determine a que melhor representa o conceito de resistividade: R: V=R i.A/l 5-Alunos do curso de Engenharia da UNESA realizaram um experimento básico representado na figura a seguir. Entre os pontos A e B estabeleceram diversas diferenças de potencial, V, no condutor ôhmico designado por R, obtendo os valores decorrente, i, expressos na tabela a seguir. Baseado nas informações anteriores, podemos concluir que a resistência do resistor ôhmico é melhor quantificada por. R: 2,0 ohms 5-Entre as diversas propriedades físicas associadas ao comportamento elétrico de um material, existe a resistividade, que é uma propriedade física intensiva, ou seja, não depende da geometria e nem da quantidade de massa apresentada pelo material. Matematicamente, a resistividade, rho, está relacionada a resistência R do material através da relação rho = R.A/l, onde A é a área da seção reta e l é o comprimento do material condutor, como ilustrado na figura a seguir. Considerando-se que houve necessidade de estirar (esticar) o condutor, o que triplicou o seu comprimento e reduziu a sua área a um quarto da original, assinale entre as respostas a seguir aquela que melhor representa a nova resistência do condutor em função da resistência anterior R. R: 12R. 6-As resistências de aquecimento são fabricadas em fios ou fitas e empregadas em fornos para siderúrgicas, ferros de passar e de soldar, eletrodomésticos,estufas entre outras. Um resistor com coeficiente de variação de temperatura positivo de 4.10-3 ºC-1 apresenta o valor de 5KΩ a 25 C º. Qual sua resistência na temperatura de 75 C º? R: 6KΩ 7-A resistividade de um material é uma propriedade física intensiva e, portanto, não depende da forma do material e nem da quantidade em que este se apresenta. Contudo, esta propriedade varia com a temperatura e, para pequenas variações, podemos assumir que a resistividade obedece a expressão rho=rho0+alphaT, onde rho0 e alpha ao constantes. Baseado nas informações anteriores, indique a forma geométrica que melhor indica a variação da resistividade com a temperatura. R: Reta. 8-Semicondutores modernos são constituídos de substratos de Silício nos quais são inseridos elementos com valências diferentes do próprio Silício, criando-se as variações conhecidas como semicondutores do tipo-p e semicondutores do tipo-n. A expressão σ = N ІeІ µe+ P ІeІ µh fornece a condutividade em função da carga do elétron (1,6 x 10 -19 C), onde N e P são as densidades de cargas negativas e positivas por volume (Número de cargas/m3) e de µe e µh , que são as mobilidades elétricas dos elétrons e dos buracos (m2/V m), respectivamente. Considerando- se um semicondutor extrínseco de Silício, no qual a concentração de portadores de cargas positivas é muito maior que a concentração de portadores de cargas negativas, podemos simplificar a expressão anterior para: R: σ = P ІeІ µh. 9-A microeletrônica surgiu nas décadas de 40 e 50, com as técnicas de fabricação de semicondutores de altíssima pureza e dopados com elementos como o Fósforo e o Boro. Atualmente, percebe-se que o processo de miniaturização de componentes eletrônicos tem seus limites; partes dos semicondutores estão se tornando tão finas que estão perdendo as características previstas em projeto, ou seja, aquilo que deveria apresentar maior resistência elétrica, não está se comportando desta forma. A atual expectativa é que a incipiente nanotecnologia venha a suprir às necessidades de maior miniaturização. Com relação aos semicondutores, é correto afirmar que: R:O Efeito Hall é utilizado para se determinar o portador de carga majoritário e a sua mobilidade em um semicondutor extrínseco. 10-Com o advento da tecnologia dos semicondutores, durante a década de 40, o transistor não só substituiu os tubos a vácuo, mas tornou possível a miniaturização dos componentes eletrônicos, originando um ramo inteiramente novo da Eletrônica denominado Microeletrônica. Com relação aos semicondutores, podemos afirmar: R: A obtenção de um semicondutor extrínseco exige técnicas de inserção de ¿impurezas¿ de difícil execução denominadas dopagem. 11-Uma amostra de um determinado semicondutor a uma dada temperatura tem condutividade de 280 (Ω.m)^(-1). Sabendo que a concentração de buracos é de 2 x 10^20 m^(-3) e que a mobilidade de buracos e elétrons nesse material são respectivamente 0,09 m^2/V.S e 0,28 m^2/V.S, a concentração de elétrons é: R: 618,57 x 10^19 m^-3 12-Em meados do século XX, materiais denominados de semicondutores foram desenvolvidos e fabricados em escala industrial, permitindo uma enorme evolução no âmbito da eletrônica de utensílios eletrodomésticos. A condutividade do semicondutor resultante da dopagem (incorporação de outro elemento em sua rede cristalina) é dada por s=p.I e I.m h , onde p é a concentração de buracos por metro cúbico, I e I é o módulo da carga do elétron, dado por 1,6.10 -19C, e . m h é mobilidade dos buracos. Baseado nas informações anteriores, calcule a condutividade do semicondutor de Silício resultante da dopagem com 5.10 22 /m 3 átomos de Boro, considerando m h = 0,05m 2 /V.s R: 400 (ohm.m) -1 13-Deseja-se construir um resistor com resistência igual 125 mΩ. Para isso será utilizado um condutor de seção reta igual a 0,38 mm 2 e comprimento igual a 1,3 metros. Determine o valor da resistividade do material a ser utilizado. R: 3,65 x 10 -6 Ω.cm 14-Deseja-se construir um resistor com resistência igual 1,25 mΩ. Para isso será utilizado um condutor de seção reta igual a 0,38 mm 2 e comprimento igual a 10 mm. Determine o valor da resistividade do material a ser utilizado. R: 4,75 x 10 -6 Ω.cm 15-Considere as seguintes afirmações: I. Resistividade de um condutor é a resistência deste condutor na temperatura de 20oC II. Os materiais considerados isolantes têm um valor de condutividade grande. III. A condutividade é o inverso da resistividade. IV. A unidade da resistividade no SI é o Ω/m. V. Resistividade é a resistência específica de um material. Das afirmações acima podemos dizer que são verdadeiras as: R: As afirmações III e V. 16-Um campo elétrico aplicado a um material condutor, motiva os elétrons a se movimentarem de forma ordenada, criando oque conhecemos como corrente elétrico. Contudo, este deslocamento não é ordenado e muito menos retilíneo, mas sim com oselétrons sofrendo espalhamento em imperfeições microscópicas e na própria rede cristalina do condutor. O conceito que melhor descreve este fenômeno é: R: Mobilidade elétrica. 17-Os metais apresentam em sua microestrutura uma periodicidade na disposição dos átomos que os classifica como materiais cristalinos. Contudo, esta organização a nível atômico tem suas falhas, o que influencia na velocidade de transporte dos eletros, ou seja, quanto maior o número de falhas na estrutura cristalina, maior a dificuldade de deslocamento dos elétrons. Para descrever a velocidade desenvolvida por estas partículas (elétrons livres), criou-se o conceito de velocidade de deslocamento (drift velocity, em Inglês), dada por v d =E.m e , onde E é a intensidade do campo elétrico e m e é a mobilidade elétrica do elétron. Sabendo-se que em um experimento, utilizou-se um campo elétrico igual a E=600V/m e condutor elétrico de alumínio cuja mobilidade elétrica é igual a m e =0,0012m 2 /V.s, escolha a opção que melhor reflete o valor da velocidade de deslocamento dos elétrons. R: 0,72 m/s. 18-Como é chamada a grandeza constante que está presente na Lei de Ohm? R: Resistência 19-Com o advento da tecnologia dos semicondutores, durante a década de 40, o transistor não só substituiu os tubos a vácuo, mas tornou possível a miniaturização dos componentes eletrônicos, originando um ramo inteiramente novo da Eletrônica denominado Microeletrônica. Com relação aos semicondutores, podem os afirm ar: R: A obtenção de um semicondutor extrínseco exige técnicas de inserção de ¿impurezas¿ de difícil execução denominadas dopagem. 20-O termo cabo coaxial se refere a condutores de seção circular dispostos no mesmo eixo geométrico. São formados por um condutor interno geralmente de cobre nú ou aço cobreado, uma isolação de polietileno sólido ou expandido, uma blindagem sobre esta isolação, e finalmente a capa externa de polietileno ou PVC. Quanto ao Condutor externo, assinale a alternativa correta dentre as relacionadas abaixo. R: O condutor externo dos cabos coaxiais tem função elétrica tanto na transmissão do sinal como também na blindagem do cabo. 21-Um capacitor é construído com duas placas quadradas de 2 cm x 2 cm cada. Se o dielétrico possui a espessura de 0,01 m e é constituído de ar, calcule sua capacitância. ε o = 8,85 x 10 - 12 F/m R: C = 0,354 pF 22-A planta de Geração Energética Brasileira é formada, em sua grande maioria, por usinas hidrelétricas espalhadas pelos quatro sistemas monitorados pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS). Devido a estas usinas estarem localizadas longe dos centros consumidores, a energia elétrica precisa ser transmitida através de linhas de transmissão. Você, como engenheiro do ONS, recebe a missão para calcular a resistência de uma linha de transmissão de 100 km de comprimento, composta por fios de cobre cuja secção transversal é igual a 500 mm 2 . Sabendo-se que a temperatura ambiente é igual a 20 o C e que a resistividade do cobre nesta temperatura é igual a 1,7x10 -8 Ω.m, qual alternativa abaixo indica o valor da resistência ôhmica da linha para uma temperatura de 80 o C (Adotar na solução que o coeficiente de temperatura do cobre é igual a 3,9x10 -3 o C - 1 ). R: 4,19 Ω 23-O Isolante tem a função de isolação entre o condutor interno e externo, porém esta é uma visão simplificada do que acontece na transmissão de um sinal. Qual das alternativas abaixo é a aquela totalmente incorreta no que tange a conformidade com o texto? R: Este meio a qual chamamos simplesmente de isolação não tem grande importância na qualificação de um cabo coaxial, além daquela de isolar os codutores internos e externos. 24-Considerando o elemento de transmissão de dados exposto a seguir, identifique-o e diga qual a função da parte assinalada por "3". R: Cabo coaxial. O elemento (3) é uma malha condutora metálica que blinda a transmissão de interferências eletromagnéticas. 25-Os semicondutores intrínsecos são aqueles que: R: Possuem carga elétrica neutra 26-Semicondutores extrínsecos são obtidos através da inserção de elementos ¿impureza¿ na rede cristalina do Silício, originando portadores de carga na forma de buracos, presentes nos condutores tipo-p, ou elétrons, presentes nos condutores tipo-n. (CALLISTER, WILLIAM D. Jr. Materials Science and Engineering ¿ An Introduction, John Wiley & Sons, USA, 1997, Chapter 19). Considerando a figura a seguir, escolha a opção correta. R: A figura mostra a rede cristalina de um semicondutor extrínseco de Silício do tipo-n. 27-O resistor de aquecimento de um forno é constituído por um fio de 3 m de comprimento e 2 mm 2 de seção. Ao aplicarmos uma tensão de 110 volts, a temperatura do resistor atinge a 80 o C e a corrente 20 ampères, após alguns segundos. Determine: a) A resistividade do material do fio a 80 o C; b) Considerando o coeficiente de temperatura a = 0,002 o C -1 , calcule a resistividade a 20 o C. R: a) R=110/20 = 5.5ohm P=(5.5x0.00003)/2 = 8.25x10^-5 B) R=20x(1+0.002x80) = 23,2 ohm … a)r 80 = 3,67 Wmm 2 /m, b) r 20 = 3,27 Wmm 2 /m 28-Com relação a facilidade do transporte de carga elétrica, os materiais são classificados em condutores, semicondutores ou isolantes, ou seja, todos possuem uma maior ou menor facilidade resistência a passagem de corrente elétrica. Esta propriedade é denominada resistência elétrica e é designada por R. Considerando um condutor cilíndrico com uma diferença de potencial aplicada em sua extremidade, pode-se enunciar que a resistência elétrica varia com o comprimento e com a área do objeto em questão. Considerando as idéias enunciadas anteriormente, assinale a opção que contém a expressão correta comumente utilizada no cálculo de parâmetros e variáveis elétricas de um material. R: R=V/i 29-O Silício é o elemento chave na indústria voltada a microeletrônica. Em substratos de Silício são montados microcircuitos com uma infinidade de componentes, observáveis as vezes somente em microscópios eletrônicos. Entre as opções a seguir, determine a que melhor representa somente conceitos corretos. R: Semicondutores intrínsecos são aqueles que não possuem impurezas; já os semicondutores extrínsecos são aqueles que apresentam impurezas. 30-Na fabricação de semicondutores, é comum a inserção de átomos com valência menor ou maior a dos átomos que constituem a matriz do semicondutor. Neste contexto, fabricam-se semicondutores de Silício do tipo-n são obtidos a partir da inserção de átomos de Fósforo, P, na rede cristalina do Silício; a este processo chamamos de dopagem. Como o Fósforo possui valência igual a 5, P+5, diz-se que esta inserção promove o surgimento de elétrons livres. Baseado nestas informações, marque a opção que apresenta um elemento que poderia substituir o Fósforo no processo de dopagem. R: As+5 31-Semicondutores modernos são constituídos de substratos de Silício nos quais são inseridos elementos com valências diferentes do próprio Silício, criando-se as variações conhecidas como semicondutores do tipo-p e semicondutores do tipo-n. A expressão σ = N ІeІ µe + P ІeІ µh fornece a condutividade em função da carga do elétron (1,6 x 10 -19 C), onde N e P são as densidades de cargas negativas e positivas por volume (Número de cargas/m3) e de µe e µh , que são as mobilidades elétricas dos elétrons e dos buracos (m2/V m), respectivamente. Considerando- se um semicondutor extrínseco de Silício, no qual a concentração de portadores de cargas positivas é muito maior que a concentração de portadores de cargas negativas, podemos simplificar a expressão anterior para: R: σ = P ІeІ µh. 32-A microeletrônica surgiu nas décadas de 40 e 50, com as técnicas de fabricação de semicondutores de altíssima pureza e dopados com elementos como o Fósforo e o Boro. Atualmente, percebe-seque o processo de miniaturização de componentes eletrônicos tem seus limites; partes dos semicondutores estão se tornando tão finas que estão perdendo as características previstas em projeto, ou seja, aquilo que deveria apresentar maior resistência elétrica, não está se comportando desta forma. A atual expectativa é que a incipiente nanotecnologia venha a suprir às necessidades de maior miniaturização. Com relação aos semicondutores, é correto afirmar que: R: O Efeito Hall é utilizado para se determinar o portador de carga majoritário e a sua mobilidade em um semicondutor extrínseco. 33-Existem na teoria diversos processos de fabricação de semicondutores, tanto do tipo p quanto do tipo n. Quando assumimos teoricamente a possibilidade de inserir átomos de Arsênio, cuja valência é 5, As+5, em uma matriz de Silício, cuja valência é 4, Si+4, promovemos o surgimento de "buracos" na estrutura cristalina. Baseado nestas informações, escolha a opção que apresenta um elemento que poderia substituir o Arsênio neste processo. R: P+5 34-A concentração de elementos dopantes é um parâmetro essencial na fabricação de semicondutores extrínsecos. Identifique, entre as opções a seguir, aquela que identifica um fenômeno físico que pode fornecer esta informação. (CALLISTER, WILLIAM D. Jr. Materials Science and Engineering ¿ An Introduction, John Wiley & Sons, USA, 1997, Chapter 19). R: Efeito Hall. 35-Capacitor é um sistema composto por dois condutores (chamados de armaduras ou de placas) separados por um dielétrico (isolante). Considera-se, de forma simplificada, que a carga deste sistema quando submetido a uma diferença de potencial é a carga em módulo de uma das placas, ou seja, se uma placa tem carga +Q e a outra possui carga ¿Q, dizemos que o capacitor tem carga Q. Considerando o exposto, indique a opção correta. R: Em um sistema constituído de uma pessoa (o corpo é um condutor) sobre uma prancha de madeira que se encontra sobre um terreno (condutor), podemos dizer que se poderia formar um capacitor onde a pessoa e a terra seriam as armaduras do capacitor e a prancha seria o dielétrico. 36-Capacitores são dispositivos projetados para armazenar carga elétrica e que tem esta capacidade ampliada quando inserimos entre suas placas um material dielétrico, como mostrado na figura a seguir. Considerando-se que a capacitância, C, de um capacitor é a razão entre a sua carga, Q, e a diferença de potencial, V, ao qual o mesmo está submetido, ou seja, C=Q/V, assinale a opçãocorreta que fornece a capacitância do capacitor mostrado na figura. (CALLISTER, WILLIAM D. Jr. Materials Science and Engineering ¿ An Introduction, John Wiley & Sons, USA, 1997, Chapter 19). R: C=(Q0 + Q´) / V 37-Deseja-se construir um resistor com resistência igual 1,25 mΩ. Para isso será utilizadoum fio cilíndrico cuja resistividade é igual a 44 x 10^-6 Ω.cm e cuja área da seção reta é igual a 0,38 mm² . Determine o valor do comprimento deste fio. R: 0,11 cm 38-Deseja-se construir um resistor com resistência igual 125 mΩ. Para isso será utilizado um condutor de seção reta igual a 0,38 mm 2 e comprimento igual a 1,3 metros. Determine o valor da resistividade do material a ser utilizado. R: 3,65 x 10 -6 Ω.cm 39-Uma das maneiras de inserir Fósforo e o Boro na rede cristalina do Silício de alta pureza é através da evaporação dos elementos de interesse em adequadas câmaras de vácuo, técnica de fabricação utilizada primeiramente em 1955. (MEYER HERBERT W., A Historyof Electricity and Magnetism , Burnby Library, Connecticut, Norwalk, 1972, Chapter 17). Com relação aos semicondutores é correto afirmar que: R: Semicondutores intrínsecos são aqueles que não possuem impurezas. 40-Alguns componentes eletrônicos fazem uso de semicondutores extrínsecos e intrínsecos conjuntamente, sendo necessário que na temperatura de trabalho, o semicondutor intrínseco possua condutividade inferior a condutividade do extrínseco. No gráfico a seguir, no qual no eixo horizontal tem-se temperatura ( o C e K) e no eixo vertical tem-se a condutividade elétrica (ohm.m) -1 , podem-se observar curvas de evolução da condutividade de um semicondutor intrínseco de Silício, denominado no gráfico de intrinsic, e de dois semicondutores extrínsecos com concentrações de Boro de 0,0052% e 0,0013%. Baseado nestas informações, marque a opção correta. (CALLISTER, WILLIAM D. Jr. Materials Science and Engineering ¿ An Introduction, John Wiley & Sons, USA, 1997, Chapter 19). Baseado no gráfico, podemos afirmar que: R: A temperatura de 100 o C, o componente eletrônico montado com os condutores intrínseco e extrínseco provavelmente funcionará sem problemas referentes a condutividade 41-Dos componentes eletrônicos que sugiram entre 1940 e 1950, talvez o transistor seja o mais utilizado; consiste de um componente microeletrônico fabricado com semicondutores intrínsecos e extrínsecos e utilizado na amplificação de sinais, substituindo o seu precursor da era das válvulas, o triodo. Nos primeiros anos da década de 50, os transistores eram fabricados com Silício, Gálio e Germânio, sendo este último abandonado em decorrência do melhor desempenho atingido com os transistores de Silício. Considerando que a mobilidade elétrica dos portadores de carga e a condutividade elétrica de um semicondutor estão relacionadas por =n.l e l. e , calcule a condutividade de um semicondutor de Silício dopado com 10 23 átomos por m 3 de Fósforo, sabendo-se que l e l =1,6.10 -19 C e . e = 0,14m 2 /V.s. R: 2.240 (ohm.m)^-1 42-Um fio condutor de comprimento inicial l, apresenta a 25 graus Celsius , uma resistência R = 90 Ohm; corta-se um pedaço de 1 m de fio, e elevando-se a temperatura do fio restante para 75 graus Celsius, verifica-se que a resistência ôhmica do mesmo é de 100 W. Sabendo-se que o coeficiente de temperatura do material é de 4x10- 3 1/C , determine o comprimento inicial l do fio. R: 13,5 m 43-O valor da resistividade elétrica dos metais e suas ligas possuem uma dependência com a variação da temperatura. De que modo esta dependência é explicitada? R: Linear 44-A mobilidade elétrica nos materiais não é dependente: R: Da presença de um campo magnético 45-Um resistor é construído utilizando-se um material cuja resistividade é igual a 1,6 x 10-6 Ω.cm na forma de um fio cilíndrico. Determine o valor do resistor para um comprimento de 0,3 metros e uma área da seção reta do fio igual a 0,4 mm2. R: 12 mili ohms 46-Um resistor é construído utilizando-se um material cuja resistividade é igual a 89,1 x 10-6 Ω.cm na forma de um fio cilíndrico. Determine o valor do resistor para um comprimento de 0,5 metros e uma área da seção reta do fio igual a 0,4 mm2. R: 1,11 ohms 47-Por que a resistividade elétrica é um parâmetro importante para a descrição dos materiais elétricos nos dispositivos elétricos e eletrônicos? R: Inclui as dimensões físicas dos dispositivos 48-Deseja-se construir um resistor com resistência igual 12,5 mΩ. Para isso será utilizado um condutor de seção reta igual a 0,38 mm2 e comprimento igual a 0,33 metros. Determine o valor da resistividade do material a ser utilizado. R: 1,44 x 10-6 Ω.cm 49-Deseja-se construir um resistor com resistência igual 125 mΩ. Para isso será utilizado um fio cilíndrico cuja resistividade é igual a 89,1 x 10-6 Ω.cm e comprimento igual a 1,3 metros. Determine o valor da área da seção reta deste fio. R: 0,09 cm2 50-Deseja-se construir um resistor com resistência igual 1,25 mΩ. Para isso será utilizado um fio cilíndrico cuja resistividade é igual a 2,6 x 10-6 Ω.cm e comprimento igual a 1,3 metros. Determine o valor da área da seção reta deste fio. R: 0,27 cm2 51-Qual é a principal característica dos materiais semicondutores? R: São condutores e isolantes. 52-A Agência Espacial Americana, NASA, responsável pela administração nacional da Aeronáutica e do Espaço, desenvolve pesquisas na área de Ciência dosMateriais. As condições severas do espaço sideral, como grandes amplitudes térmicas (diferença entre a temperatura máxima e mínina) e a exposição a radiação, exigem ligas metálicas de grande tenacidade, materiais cerâmicos com alta resistência a abrasão e polímeros de alta leveza e grande resistência mecânica. Para obter materiais com estas propriedades, muitas vezes são combinados elementos e substâncias com propriedades semicondutoras, condutoras e isolantes. Entre as opções a seguir, escolha aquela que contenha somente materiais semicondutores e isolantes. R: Arseneto de Gálio, madeira e borracha. 53-O tipo de carga predominante e a concentração das mesmas em um semicondutor (elétrons ou buracos) pode ser determinada através de um experimento chamado Efeito Hall. Deste experimento, obtém-se a constante de Hall, R H , que, por sua vez, está relacionada a n, quantidade de elétrons por m 3 do semicondutor, por n=(R H I e I) -1 , onde l e l =1,6.10 -19 C. Considerando-se um corpo de prova feito de Alumínio, com R H =-3,16 . 10 -11 , determine a quantidade aproximada de portadores de carga (em módulo) por m³ . R: 2,0 10^29 . 54-Defina um condutor elétrico ôhmico em termos da variação entre a diferença de potencial aplicada ao mesmo e a corrente resultante. R: Diz-se que um condutor é Ôhmico se a variação da diferença de potencial a ele aplicada e a corrente gerada estão relacionadas linearmente, ou seja, V=R.i, onde V é diferença de potencial, i é corrente e R é uma constante denominada resistência elétrica do material, considerando a temperatura do experimento constante. 55-O tamanho dos componentes eletrônicos vem diminuindo de forma impressionante. Hoje podemos imaginar componentes formados por apenas alguns átomos. Seria esta a última fronteira? A imagem a seguir mostra dois pedaços microscópicos de ouro (manchas escuras) conectados por um fio formado somente por três átomos de ouro. Esta imagem, obtida recentemente em um microscópio eletrônico por pesquisadores do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, localizado em Campinas, demonstra que é possível atingir essa fronteira. Calcule a resistência R desse fio microscópico, considerando-o como um cilindro com três diâmetros atômicos de comprimento. Lembre-se que, em Eletricidade Tradicional, a resistência de um cilindro é dada por R = ρ(L/A) onde ρ é a resistividade, L é o comprimento do cilindro e A é a área da sua secção transversal. Considere a resistividade do ouro ρ =1,6×10 -8 Ωm, o raio de um átomo de ouro 2,0×10 -10 m e aproxime π para 3,2. R: A resistividade é calculada pela fórmula R=P.L/A onde R é a resistência,p é a resistividade ,A é o comprimento de A. Resposta: 150 Ω 56-Pode-se dizer sem medo de cometer um erro crasso que a indústria da microeletrônica se originou entre as décadas de 40 e 50 do século XX, quando foram criados os semicondutores intrínsecos de Silício, Gálio e Germânio e suas variações extrínsecas obtidas a partir da dopagem com elementos como o Boro e o Fósforo. (CALLISTER,WILLIAM D. Jr. Materials Science and Engineering ¿ An Introduction, John Wiley & Sons, USA, 1997, Chapter 19). Considerando a figura a seguir, escolha a opção correta. R: A figura mostra a rede cristalina de um semicondutor intrínseco de Silício. 57-Os cabos telefônicos possuem diversas classificações, entre as quais a de cabo externo e cabo interno às instalações prediais. Com relação a estas classificações, NÃO podemos afirmar que: R: Os fios interno e externo devem ser isolados do meio exterior, o que é feito de forma idêntica para ambos. 58-Materiais cristalinos possuem seus átomos ¿dispostos¿ de forma periódica em uma rede tridimensional que se repete através de seu volume. Esta estrutura, aliada aos defeitos microestruturais que porventura se originam no processo de fabricação, não permitem o deslocamento retilíneo dos elétrons livres quando submetidos a um campo elétrico. Para descrever a velocidade desenvolvida por estas partículas (elétrons livres), criou-se o conceito de velocidade de deslocamento (drift velocity, em Inglês), dada por v d =E. e , onde E é a intensidade do campo elétrico e e é a mobilidade elétrica do elétron. Uma conseqüência da interação entre os defeitos da rede cristalina e os elétrons é: R: Geração de calor. 59-O Germânio foi um dos elementos testados no início da microeletrônica para ser utilizado como semicondutor; porém, o mesmo possui algumas características diferentes com relação ao Silício; por exemplo, é muito comum em projetos de microcircuitos, utilizar como condutividade elétrica máxima para o Germânio o valor de 100 (ohm.m) -1. Considerando-se o exposto anteriormente e sabendo-se que a condutividade elétrica do semicondutor de Germânio em função da temperatura é dada por ln = 14 - 4.000. T-1 aproximadamente, onde T é a temperatura de trabalho em Kelvin, marque a opção correta abaixo: R: O componente poderá trabalhar a temperatura de 150oC, que corresponde a temperatura de 423K na escala Kelvin. 60-Alguns componentes eletrônicos fazem uso de semicondutores extrínsecos e intrínsecos conjuntamente, sendo necessário que na temperatura de trabalho, o semicondutor intrínseco possua condutividade inferior a condutividade do extrínseco. No gráfico a seguir, no qual no eixo horizontal tem-se temperatura (oC e K) e no eixo vertical tem-se a condutividade elétrica (ohm.m) -1, podem-se observar curvas de evolução da condutividade de um semicondutor intrínseco de Silício, denominado no gráfico de intrinsic, e de dois semicondutores extrínsecos com concentrações de Boro de 0,0052% e 0,0013%. Baseado nestas informações, marque a opção correta. (CALLISTER, WILLIAM D. Jr. Materials Science and Engineering ¿ An Introduction, John Wiley & Sons, USA, 1997, Chapter 19). Baseado no gráfico, podemos afirmar que: R: A temperatura de 100oC, o componente eletrônico montado com os condutores intrínseco e extrínseco provavelmente funcionará sem problemas referentes a condutividade. 61-A quantidade de buracos e elétrons em um semicondutor é uma função da temperatura a que este é submetido. Baseado no gráfico a seguir, no qual no eixo horizontal tem-se temperatura (oC e K) e no eixo vertical tem-se a condutividade elétrica (ohm.m) -1, podem-se observar curvas de evolução da condutividade de um semicondutor intrínseco de Silício, denominado no gráfico de intrinsic, e de dois semicondutores extrínsecos com concentrações de Boro de 0,0052% e 0,0013% (CALLISTER, WILLIAM D. Jr. Materials Science and Engineering - An Introduction, John Wiley & Sons, USA, 1997, Chapter 19). R: A condutividade elétrica do semicondutor intrínseco aumenta acentuadamente com o aumento da temperatura. 62-Na temperatura de 25oC mediu-se o valor da resistência de um resistor e obteve-se 12,2 Ω. O material do qual é feito o resistor apresenta um coeficiente de temperatura igual a 0,0042 oC-1. Determine o valor da nova resistência na temperatura de 60oC. R: 13,99 ohms 63-Deseja-se construir um resistor com resistência igual 125 mΩ. Para isso será utilizado um fio cilíndrico cuja resistividade é igual a 89,1 x 10-6 Ω.cm e cuja área da seção reta é igual a 0,38 mm2. Determine o valor do comprimento deste fio. R: 5,33 cm 64-A técnica mais utilizada para obtenção de semicondutores extrínsecos é a inserção de elementos ¿impureza¿ na rede cristalina do Silício, originando portadores de carga na forma de buracos, presentes nos condutores tipo-p, ou elétrons, presentes nos condutores tipo-n. (CALLISTER, WILLIAM D. Jr. Materials Science and Engineering ¿ An Introduction, John Wiley & Sons, USA, 1997, Chapter 19) .Considerando a figura a seguir, escolha a opção correta. R: A figura mostra a rede cristalina de um semicondutor extrínseco de Silício do tipo-p. 65-Capacitância é uma grandeza física associada a dispositivos denominados de capacitores e que possuem a finalidade de armazenar carga. Do ponto de vistaquantitativo, define-se capacitância, C, de um capacitor como a razão entre a sua carga, Q, e a diferença de potencial, V, ao qual o mesmo está submetido, ou seja, C=Q/V. No sistema internacional de unidades (SI), a capacitância é medida em Farad (F). Considerando o exposto, determine a opção correta. R: Um capacitor submetido a 120V e que tenha acumulado uma carga de 0,008C possui capacitância igual a 0,00007 F. 66-Existem diversas formas de energia que percorrem a rede cristalina de um condutor metálico. Em um condutor que possui sua temperatura elevada, por exemplo, seus átomos apresentam alta energia térmica, o que aumenta amplitude de vibração dos mesmos. Quando estabelecemos um campo elétrico através do mesmo, os elétrons livres colidem com a estrutura atômica provocando ainda mais o aumento da amplitude vibracional. Como todos os átomos estão conectados através de ligações atômicas, o aumento da amplitude de vibração se transfere de um átomo para o outro, provocando o surgimento de uma onda de alta freqüência e energia quantizada denominada de fônon. (CALLISTER, WILLIAM D. Jr. Materials Science and Engineering: An Introduction, John Wiley & Sons, USA, 1997, Chapter 20). Com relação ao exposto, podemos afirmar que: R: Provavelmente a energia cinética dos elétrons será maior em material condutor campo elétrico de mesma intensidade ao aumentarmos a temperatura. 67-Como conhecedores da moderna teoria que rege os fenômenos elétricos, devemos diferenciar os conceitos de resistividade elétrica e resistência elétrica. Com relação aos conceitos anteriores, PODEMOS afirmar: R: Tanto a resistividade quanto a resistência elétricas variam com a temperatura do condutor. 68-Deseja-se construir um resistor com resistência igual 12,5 mΩ. Para isso será utilizado um fio cilíndrico cuja resistividade é igual a 44 x 10-6 Ω.cm e comprimento igual a 1,5 metros. Determine o valor da área da seção reta deste fio. R: 0,53 cm2 69-Deseja-se construir um resistor com resistência igual 12,5 mΩ. Para isso será utilizado um fio cilíndrico cuja resistividade é igual a 2,6 x 10-6 Ω.cm e cuja área da seção reta é igual a 0,38 mm2. Determine o valor do comprimento deste fio. R: 18,27 cm 70-Um condutor de cobre com seção reta circular, 12 metros de comprimento e raio de 1,5 mm é percorrido por um acorrente de 2,2 A. Determine a diferença de potencial sobre este condutor. Considere a condutividade do cobre igual a 5,8 x 107 S/m. R: 64 mV 71-A resistividade de um material expressa a resistência que este apresenta a passagem de correta elétrica. Apesar de estar relacionada a resistência elétrica R através da expressão =R.A/l, é uma constante do material e não varia com A (área da seção reta do condutor no formato cilíndrico) e nem l (comprimento do condutor), ou seja, quando aumentamos o comprimento, a resistência aumenta e quando aumentamos a área da seção reta, a resistência diminui, mantendo, desta forma, a resistividade constante. A resistividade varia, no entanto, com a temperatura do condutor. Considerando o exposto, marque a opção correta. R: À medida que um condutor tende para o estado de condutor perfeito, sua resistividade tende à zero. 72-Em uma experiência típica envolvendo eletricidade, consideram-se dois corpos, 1 e 2, suspensos por fios isolantes, aos quais foram fornecidas cargas elétricas iguais. Observa-se que o corpo 1 adquire carga em toda a sua superfície, enquanto o corpo 2 mantém a carga concentrada no ponto de carregamento. Considerando as informações, escolha a alternativa correta: R: Uma explicação para tal fenômeno é que no corpo 1, as cargas possuem liberdade de movimentação, enquanto no corpo 2, isso não ocorre. 73-Um pedaço de fio de alumínio tem resistência de 2 Se pedaço de fio de cobre tem a mesmas dimensões do fio de alumínio, qual será sua resistência? alunínio = 2,825 x 10 -6 cm à 20 ºC cobre = 1,723 x 10 -6 cm à 20 ºC R: R = 1,22 Ω 74- resistividade de um material varia com a temperatura e, para pequenas variações, podemos assumir que a mesma obedece a expressão =0+T, onde 0 e ao constantes. Para variações maiores de temperatura, a expressão da resistividade pode assumir a forma =0+ T+T2 , onde 0 , b e são constantes. Baseado nas informações anteriores, indique a forma geométrica que melhor indica a variação da resistividade com a temperatura no último caso citado. R: Parábola. 75-Um resistor é construído utilizando-se um material cuja resistividade é igual a 44 x 10-6 Ω.cm na forma de um fio cilíndrico. Determine o valor do resistor para um comprimento de 0,3 metros e uma área da seção reta do fio igual a 0,38 mm2. R: 347,4 mili ohms 76-A Física é a ciência que ¿olha o mundo¿ e tenta explicá-lo através do método científico, cuja linguagem principal é a Matemática. Entre as opções a seguir, marque aquela que melhor define um conceito físico utilizado no entendimento das propriedades elétricas dos materiais. R: Mobilidade elétrica é uma grandeza que representa a facilidade de transporte de cargas elétricas em um material. 77-Georg Simon Ohm (1787-1854) foi um pesquisador e professor de origem germânica. Integrante do corpo docente da Universidade de Munique, publicou em 1827 um artigo no qual divulgava o resultado de seu trabalho com condutores metálicos. Entre as informações relevantes, havia uma relação entre a diferença de potencial aplicada a um condutor e a corrente gerada que, décadas mais tarde, seria conhecida como Lei de Ohm. (MEYER HERBERT W., A History of Electricity and Magnetism. Connecticut, Norwalk, 1972, Chapter 3) Entre as opções a seguir, determine a que melhor representa esta relação: R: V=R.i
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