Materiais Elétricos Aula 03

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1a Questão (Ref.: 201301569689)  Fórum de Dúvidas (0)       Saiba   (0)
Além da  forma  vibracional  que  se  propaga  através  da  rede  cristalina  interligada,  o  calor  pode  também se manifestar  através  da
vibração de elétrons. Isto ocorre, contudo, somente em relação aos elétrons livres e não relação aos eletros da banda de valência,
uma vez que estes últimos encontram­se fortemente ligados aos átomos. Esta vibração dos elétrons (também é uma forma calor)
contribui de maneira menos significativa para o aumento da capacidade térmica, mas pode alterar a corrente elétrica produzida por
uma diferença de potencial, tornando a condução mais difícil.
Com relação a produção de calor, selecione a opção correta:
A presença de impurezas em um material colabora para a diminuição da resistência a passagem de
corrente elétrica e, portanto, colabora negativamente a produção de calor.
  A presença de defeitos na rede atômica que compõe o material colabora para a produção de calor.
Deve­se adotar para compor o resistor de um chuveiro um material que não tenha sofrido qualquer tipo
de deformação mecânica.
A utilização de alumínio puro e sem impurezas na fabricação de um resistor aumenta a dissipação de
calor, se comparado com um resistor de alumínio altamente encruado (deformado)
A vibração da rede cristalina que compõe um material é essencial para a resistência a passagem de
elétrons e a conseqüente produção de calor, principalmente a baixas temperaturas.
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  2a Questão (Ref.: 201301569633)  Fórum de Dúvidas (0)       Saiba   (0)
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), criou­se o conceito de velocidade de deslocamento  (drift velocity,  em  Inglês),
dada por vd=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:
Diminuição da resistência elétrica do material
  Geração de calor.
Aumento da aceleração eletrônica.
Aumento da resistividade elétrica do material.
Deformação mecânica do material.
 Gabarito Comentado
  3a Questão (Ref.: 201302135713)  Fórum de Dúvidas (0)       Saiba   (0)
A "Bell Telephone Laboratories" passou a década de 1940  tentando criar dispositivos eletrônicos comutadores
que  fossem  mais  eficientes  e  baratos  que  as  válvulas  utilizadas.  Finalmente,  em  1947,  dois  de  seus
pesquisadores, Walter H. Brittain e John Bardeen tiveram sucesso na criação de um dispositivo amplificador a
partir de uma placa de silício  imersa em solução salina;  iniciava­se a era dos semicondutores. A modelagem
física  referente  a  estes  materiais  se  desenvolveu  bastante  nos  anos  seguintes,  originando  conceitos  como
condutividade intrínseca, cuja expressão podemos descrever como   p | e | b n | e | e.
Com  relação  aos  termos  presentes  na  expressão  anterior,  podemos  identificá­los  como  nos  itens  a  seguir,
comEXCEÇÂO de.
p ­ número de buracos por metro cúbico.
  n ­ número de átomos por metro cúbico.
e ­ mobilidade dos elétrons.
| e |­ módulo da carga dos elétrons.
b ­ mobilidade do buraco.
  4a Questão (Ref.: 201301569202)  Fórum de Dúvidas (0)       Saiba   (0)
Semicondutores modernos são constituídos de substratos de Silício nos quais são inseridos elementos com valências diferentes do
próprio Silício, criando­se as variações conhecidas como semicondutores do tipo­p e semicondutores do tipo­n. 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:
σ = N ІeІ µh.
A expressão σ = N ІeІ µe + P ІeІ µh é imutável e nunca deve ser aproximada para uma forma mais simplificada sob pena de
alterar­se gravemente a precisão da condutividade.
σ = N ІeІ (µe + µh).
σ = 2 P ІeІ µh
  σ = P ІeІ µh.
 Gabarito Comentado
  5a Questão (Ref.: 201301569199)  Fórum de Dúvidas (0)       Saiba   (0)
Em semicondutores, devemos considerar que sempre que ¿criamos¿ uma carga negativa, automaticamente "criamos" uma carga
positiva (lei da conservação das cargas), que está associada ao conceito físico de vazio (volume deixado pela saída do elétron),
"buraco" ou, em inglês, hole.
A  condutividade  elétrica  nos  semicondutores  intrínsecos  é  dependente  da  movimentação  dos  portadores  de  carga  negativos
(elétrons) e positivos (buracos) da seguinte forma: σ = N ІeІ µe + P ІeІ µh, onde σ é a condutividade elétrica do material (ohm.m)­1;
onde N e P são as densidades de cargas negativas e positivas por volume (Número de cargas/m3), respectivamente І e І é o módulo
da carga do elétron (1,6 x 10 ­19 C), µe e µh são as mobilidades elétricas dos elétrons e dos buracos (m2/V m), respectivamente.
Considerando o exposto, pode­se afirmar que:
Nos condutores intrínsecos, raramente tem­se N=P e, portanto, deve­se manter a expressão  σ = N ІeІ µe + P ІeІ µh.
Nos condutores extrínsecos do tipo­n, onde N é muito maior que P, pode­se aproximar a expressão por σ = P ІeІ µh.
  Nos condutores intrínsecos, tem­se N=P e, portanto, pode­se escrever que σ = N ІeІ (µe + µh).
A expressão σ = N ІeІ µe + P ІeІ µh é imutável e nunca deve ser aproximada para uma forma mais simplificada sob pena de
alterar­se gravemente a precisão da condutividade.
Nos condutores extrínsecos do tipo­p, onde P é muito maior que N, pode­se aproximar a expressão por σ = N ІeІ µh.
 
  6a Questão (Ref.: 201301569635)  Fórum de Dúvidas (0)       Saiba   (0)
Semicondutores de Silício do tipo­p são obtidos a partir da inserção de átomos de Alumínio, Al, na rede cristalina do Silício; a este
processo chamamos de dopagem. Como o Alumínio possui valência igual a 3, Al+3, diz­se que esta inserção promove o surgimento
de  buracos.  Baseado  nestas  informações,  escolha  a  opção  que  apresenta  um  elemento  que  poderia  substituir  o  Alumínio  no
processo de dopagem.
O­2
  B+3
  As+5
Ba+2
Na+