ELEMENTOS BÁSICOS DA MICROELETRÔNICA

ELEMENTOS BÁSICOS DA MICROELETRÔNICA

A microeletrônica é um ramo da eletrônica, voltado à integração de circuitos

eletrônicos, promovendo uma miniaturização dos componentes em escala microscópica.

A área engloba tanto os processos de físico-químicos de fabricação de circuitos

integrados como o projeto do circuito em si. São considerados ramos desta área,

igualmente, o desenvolvimento de software de apoio ao projeto de circuitos, modelagem

de componentes, técnicas de teste, entre outras.

Os componentes utilizados na microeletrônica são construídos na escala de

mícrons ou mesmo nanômetros, tornando-se parte do ramo de nanotecnologia. O

conjunto de componentes usados para um mesmo projeto é tipicamente chamado de

circuito integrado (CI), ou ainda, "chip". Alguns exemplos de circuitos integrados são

memórias de computadores, processadores, modems e conversores analógicos digitais.

Os circuitos integrados são produzidos em wafles, discos de silício, normalmente

de 300mm de diâmetro, sobre os quais são fabricadas estruturas laminares, em um

processo denominado fotolitografia. Tipicamente, diversos circuitos eletrônicos

(idênticos ou não) são fabricados em um mesmo wafle por vez, de modo a ocupar toda a

área disponível. Assim, um circuito é mais caro pelo fato de usar uma maior área do

wafle - e, consequentemente, tendo um menor número de circuitos por wafle - e não

necessariamente devido ao número de componentes presentes.

Os circuitos integrados são nada mais nada menos do que vários componentes

eletrônicos (resistores, diodos, transistores...) encapsulados em um chip pequeno, para

circuitos específicos.

  

                    Elementos da microeletrônica

Válvulas - o diodo

As válvulas de diodo, desde a sua invenção, passaram a ser amplamente

empregadas em circuitos eletrônicos porque é possível, com elas, retificar uma corrente

alternada. Em outras palavras, as válvulas de diodo transformam uma corrente alternada

em corrente contínua.

                    Semicondutores

É possível que você já tenha ouvido falar que as válvulas eletrônicas estão sendo

substituídas por dispositivos muito menores, mais econômicos e mais duráveis,

construídos com o auxílio de matérias semicondutores.

Uma determinada substância pode ser classificada como condutora ou isolante,

dependendo de quão fortemente seus átomos seguram os elétrons. Um pedaço de cobre

é um bom condutor, enquanto um de madeira um bom isolante. Certos materiais como o

germânio e o Silício, entretanto, não são bons condutores nem bons isolantes. Esses

materiais caem no meio da faixa de resistividade elétrica, sendo condutores medíocres

em sua forma cristalina pura e tornando-se excelentes quando apenas um átomo em 10

milhões é substituído por uma impureza, quando adiciona ou retira eletros da estrutura

cristalina. Materiais que podem se comportar como isolantes e algumas vezes como

condutores são chamados de semicondutores. Camadas finas de materiais

semicondutores empilhadas, juntas formam os transistores, usados para controlar o

fluxo de corrente em circuitos, detectar e amplificar sinais de rádio e produzir oscilações

elétricas em transmissores; atuam também como chaves digitais. Esses minúsculos

sólidos foram os primeiros componentes elétricos em que materiais com características

elétricas diferentes não foram conectados por fios, mas unidos fisicamente numa só

estrutura. Eles requerem muito pouca potência e usados normalmente, duram longo

tempo.

 diodo

   

                Semicondutores tipos N e P

Adicionando-se uma pequena quantidade de arsênio a uma mostra de silício, obtém-se

um condutor elétrico semelhante a um metal, isto é, a condução é feita por meio de

elétrons livres. Dizemos que um semicondutor como este é do tipo N (condução feita

por cargas negativas). Por outro lado, se uma pequena quantidade de borá é adicionado

ao silício puro, verifica-se que ele também conduz eletricidade, mas tudo se passa como

se a corrente elétrica fosse constituída pelo movimento de cargas positivas. Por este

motivo, dizemos que o silício dopado com boro é um semicondutor do tipo P (condução

por cargas positivas).

       Junções N-P e P-N usadas como retificadores.

Um cristal de junção N-P se comporta como uma válvula diodo: deixa a corrente

fluir através dele em um sentido (de P pra N), mas impede a passagem no sentido

contrário (de N para P). É claro, então, que um cristal N-P, do mesmo modo que uma

válvula diodo, poderá ser usado como retificador de corrente, isto é, ele é um diodo

semicondutor. Os diodos semicondutores são bem mais econômicos do que as válvulas

comuns, não provocam aquecimento inconvenientes dos aparelhos e começam a

funcionar prontamente quando são ligados. Além disso, eles apresentam uma série de

outras vantagens (custo, tamanho, durabilidade, etc) que os torna muito mais

convenientes do que a válvula de filamento.

                  Transistor

Não são apenas as válvulas diodo que estão sendo substituídas, com grandes

vantagens, por dispositivos construídos à base de semicondutores. Também a válvula

triodo, que, como dissemos, é usada como o objetivo de amplificar sinais elétricos, está

sendo substituída por um cristal constituído por junções de semicondutores. Essas

junções podem ser do tipo N-P-N ou P-N-P. Em qualquer um desses casos, o cristal

assim obtido é denominado transistor, constituindo-se, em um dos dispositivos mais

empregados nos modernos circuitos eletrônicos.

 O uso de cristais retificadores e de transistores nos circuitos de rádios,

televisores, computadores, etc permitiu uma redução considerável no tamanho e no peso

destes aparelhos. Os antigos rádios a válvula, por exemplo, eram muito maiores do que

os modernos rádios. Mesmo com válvulas em miniatura, o maior número de

dispositivos que se conseguia ligar em circuitos eletrônicos correspondia a uma

densidade média de 1 elemento por cm3

. Com o uso de cristais semicondutores, ligados

em um circuito impresso, conseguiu-se colocar uma média de até 3 elementos por cm3

(nos circuitos impressos, os fios de ligação são substituídos por conexões metálicas

impressas em uma chapa isolante, na qual os elementos são soldados).

 O avanço da eletrônica fez com que a densidade de elementos ligados em um

circuito se tornasse cada vez maior. Atualmente, o uso de modernos circuitos

integrados, foi possível atingir a fantástica cifra de elementos por cm3

. Sem esse 

desenvolvimento, que permitiu tal miniaturização, um moderno computador teria

dimensões tão exageradas que sua construção seria inviável.

 O circuito integrado costuma ser designado pelo termo chip, palavra de origem

inglesa que significa “pequena lasca”. Esta denominação tem sua origem na maneira

pela qual se obtém um pequeno chip: uma pequena placa (lasca) é cortada de um cristal

de silício e mínimas quantidades de impurezas são colocadas em determinadas posições

desta placa. Estas impurezas são dispostas de maneira a dar origem a diodos,

transistores, resistores, resistores, capacitores e indutores.

Capacitores:O capacitor tem o papel de armazenar cargas elétricas

Resistores

Um resistor (em Portugal mais frequentemente chamado de resistência) é um

dispositivo elétrico muito utilizado em eletrônica, ora com a finalidade de

transformar energia elétrica em energia térmica (efeito joule), ora com a finalidade de

limitar a quantidade de corrente elétrica em um circuito, a partir do material empregado,

que pode ser carbono ou silício.

Resistores são componentes que têm por finalidade oferecer uma oposição à passagem

de corrente elétrica, através de seu material. A essa oposição dá-se o nome de

resistência elétrica

Partículas subatômicas

                                    Partículas subatômicas

     A pesquisa moderna da física da partícula é focalizada nas partículas subatômicas, que têm dimensões menores que as dos átomos. Incluem constituintes atômicos tais como elétrons (no modelo padrão ele é um lépton, junto com o muon, o tau e os respectivos neutrinos.), prótons, e nêutrons (os prótons e os nêutrons são partículas compostas, feita de quarks), partículas produzidas por processos radiativos e de espalhamento tais como fótons, neutrinos, e múons, bem como uma larga escala de partículas exóticas.

      Elétron: Partícula mais conhecida e mais estudada. Massa de repouso: 9,1083 x 10−31 kg, carga elétrica: − 1,602 x 10−19 C, Spin: 1/2 ħ

     Pósitron: Já era previsto por Paul Dirac e sua existência foi confirmada em 1930-1940 pelo físico americano Anderson. Possui massa de repouso e spin iguais aos do elétron. Carga elétrica de mesmo módulo e sinal contrário.

     Próton: É um núcleon. Possui massa 1836,12 vezes a massa do elétron. Mesmo spin e carga de sinal contrário.

     Antipróton: Descoberto em 1955. Já se suspeitava que existissem outras antipartículas desde a descoberta do pósitron. Possui mesma massa e spin que o próton, mas carga de sinal oposto (sinal negativo).

     Nêutron: Possui carga nula, massa 1836,65 vezes a massa do elétron e spin 1/2 ħ. Pode se desintegrar dando origem a um próton, um elétron e um neutrino apenas quando está livre (fora do núcleo).

     Antinêutron: Possui exatamente as mesmas características do nêutron, mas organização interna diferente. Um nêutron é composto de um quark up e dois quarks down. Logo, imagina-se que o antinêutron seja formado por um antiquark up e dois antiquarks down.

     Fótons: São chamados de quantum do campo eletromagnético. Possui massa e carga elétrica zero e spin 1 ħ.

     Grávitons: Analogamente ao fóton, o gráviton é o quantum do campo gravitacional. Não se tem muita informação experimental sobre ele. Só existe com velocidades próximas ou iguais a c (velocidade da luz no vácuo).

     Mésons: quer dizer, massa média. São partículas que possuem massa entre a do elétron e a do próton. Existem oito tipos de mésons:

- Mésons pi +, - e 0, méson mu +, - , méson k+, - e 0.

     Híperons: Partículas de massa maior que a do próton. Pode ser dividido em seis tipos:

- Hiperons lambda 0, hiperon sigma +, -, 0 , hiperon csi+, 0

     Neutrinos: O neutrino surge da desintegração de um nêutron em próton e elétron. Possui massa menor que 0,000005 vezes a massa do elétron e até agora foram descobertos quatro tipos de neutrinos diferentes.

     Glúon: é um bóson vetorial de massa nula. Há oito tipos de glúon. São partículas que intermediam a interação forte (assim como o fóton intermedia a interação eletromagnética).

     Tau: é uma partícula subatômica da família dos léptons, sendo que ele é muito parecido com o elétron, ele pode ser genericamente chamado de elétron super-pesado, sua anti-partícula é oanti-tau, como no caso do elétron e do muon,

o tau tem um neutrino associado, este é o neutrino de tau, seu tempo de vida é de cerca 2,9 × 1013.

     Múon: é uma partícula elementar semi-estável com carga eléctrica negativa e spin de 1/2 (fermião). Em conjunto com o electrão, o tau e seus respectivos neutrinos, é classificado como fazendo parte da família dos leptões

                    

Partículas elementares

         Foram os filósofos gregos que primeiro observaram a grande quantidade de matéria existente na natureza. Eles então deduziram que tudo isso devesse vir de algo que pudesse originar tal variedade.

         Demócrito e Leucipo já usavam o termo átomo por volta de 460 a.C., para fins de estudo, mas foi apenas no século XIX que houve a convicção de que toda matéria de fato é constituída por átomos.

        Acreditou-se que o átomo seria a origem da matéria, pelo fato de que, no século XIX, cerca de 100 tipos de átomos já haviam sido mapeados. Mas esse número foi ficando cada vez maior, o que levou os pesquisadores a observarem a existência de partículas ainda menores presentes na constituição do átomo. Definiram, então, que os átomos são formados por elétrons, prótons e nêutrons.

         A divisão atômica é feita da seguinte forma:

         Na parte central do átomo está concentrado o núcleo. Dentro desse núcleo encontramos prótons e nêutrons, que são também conhecidos como nucleons.

        Os nêutrons são formados por quarks, que se dividem em dois tipos: u e d.

       Acredita-se que os quarks sejam os principais responsáveis pela constituição da matéria.

      Existem seis espécies de quarks, u (up), d (down), c (charmed), s (strange), b(bottom) e t (top), em que cada uma delas possui três cores: vermelho, verde e azul.

      Uma das características dos quarks é possuir cargas elétricas fracionadas, que ficam sempre “presas” em outras partículas chamadas hádrons.

      Os hádrons podem ser formados por três quarks ou por apenas um quark e um antiquark:

• Quando são formados por três quarks, os hádrons recebem o nome de bárions;

• Quando formado por um quark e um antiquark, recebem o nome de mésons.

      Na parte externa do núcleo, ou seja, em volta dele, estão presentes os elétrons, que giram em torno do núcleo em órbitas circulares, formando assim a eletrosfera.

      Abordamos então um pouco das partículas elementares, mas o principal é considerar campos de força e interações, o que direcionará este estudo para as partículas mediadoras, que são fundamentais para a natureza.

                     

Matéria e Radiação

                                                 MATÉRIA E RADIAÇÃO

Podem estes princípios - simplistas e um tanto mecânicos - se aplicar à complexidade de homens e mulheres enquanto seres humanos, com sua extraordinária e única capacidade para o pensamento, a linguagem, a criatividade, as emoções? Responder a estas e outras intrigantes perguntas está entre os grandes desafios que a Bioquímica se propõe e já começa a desvendar.

Sabemos que todos os tipos de ondas eletromagnéticas transportam energia independentemente da sua frequência. A energia que uma onda eletromagnética transporta depende de sua frequência, sendo que quanto maior for a frequência, maior será a energia que ela transporta. Dependendo das condições, essa energia pode ser totalmente ou parcialmente transferida da onda eletromagnética para um meio material.

Essa interação depende do tipo de material e das características da onda, tais como frequência e intensidade. Em particular, são muito importantes as interações da radiação com os seres vivos. As ondas eletromagnéticas, assim como outros tipos de ondas, podem sofrer reflexão, refração e difração, quando se propagam através da interface entre dois meios.

                                                                  Absorção

Uma onda eletromagnética, ao se propagar em um meio, pode ser absorvida, transferindo energia para ele. Desta forma, à medida que vai se propagando, vai diminuindo gradativamente a sua amplitude.

Um exemplo de absorção é a passagem de luz por um vidro ou plástico escuro, como o das lentes de óculos de sol. Utilizam-se também vidros escuros na embalagem de remédios que podem estragar ao serem expostos por longos períodos de tempo à luz do Sol. Esse tipo de vidro bloqueia a radiação ultravioleta e parte da luz visível.

                                                  Coeficiente de absorção

Uma medida da capacidade de absorção de um material é o seu coeficiente de absorção, medida pela fração da energia da onda eletromagnética que é absorvida ao passar por ele. Por exemplo, se fizermos um feixe de micro-ondas passar por um pedaço de carne crua, e esse absorver a metade da energia deste feixe, dizemos que ele apresenta um coeficiente de absorção de 50% para esta onda.

Por outro lado, se usássemos luz verde, veríamos que ela seria completamente absorvida, não conseguindo atravessar o pedaço de carne. Neste caso, o coeficiente de absorção é de 100% e o objeto é denominado opaco. A absorção depende da frequência da onda eletromagnética.

Poderíamos calcular o coeficiente de absorção (A), a partir da intensidade da onda incidente e da intensidade da onda transmitida pelo material, pela expressão:

O coeficiente de absorção varia entre os valores zero e 1. Se multiplicarmos o valor de A por 100%, obtemos o valor em percentual. Assim, A = 0,5 representa uma absorção de 50% da radiação incidente pelo material.

A absorção depende também da espessura do objeto. Uma chapa de alumínio é completamente opaca para a luz visível, mas se a sua espessura for extremamente fina, pode deixar passar parte da luz. Os espelhos semitransparentes podem ser feitos com uma camada muita fina de alumínio, depositada na superfície de um vidro. Por outro lado, um vidro pode ser quase opaco se a sua espessura for muito grande.

Nos fornos de micro-ondas, a radiação utilizada é parcialmente absorvida pelos alimentos que estão dentro dele. A frequência das micro-ondas é escolhida de tal forma que essa radiação não seja totalmente absorvida ao passar pelo alimento, pois se isso ocorresse, não seria possível cozinhar ou aquecer sua parte central.

Atomo de Bohr

Átomo de Bohr

Na física atômica, o átomo de Bohr é um modelo que descreve o átomo como um núcleo pequeno e carregado positivamente cercado por elétrons em órbita circular.

Ernest Rutherford, no início do século XX, realiza o experimento conhecido como espalhamento de Rutherford  , onde ele incidiu um feixe de partículas alfa (α) sobre uma folha de ouro e observa que, ao contrário do que era esperado, tal que as partículas deveriam ser refletidas pelos átomos de ouro considerados maciços até então, muitas partículas atravessaram a folha de ouro e outras sofreram desvios. A partir da análise dessa experiência, afirma que átomos fossem constituídos de uma nuvem difusa de elétrons carregados negativamente que circundavam um núcleo atômico denso, pequeno e carregado positivamente.

A partir dessa descrição, é fácil deixar-se induzir por uma concepção de um modelo planetário para o átomo, com elétrons orbitando ao redor do "núcleo-sol". Porém, a aberração mais séria desse modelo é a perda de energia dos elétrons por radiação síncrotron: uma partícula carregada eletricamente e acelerada emite radiações eletromagnéticas que têm energia; fosse assim, ao orbitar em torno do núcleo atômico, o elétron deveria gradativamente emitir radiações e cada vez mais aproximar-se do núcleo, em uma órbita espiralada, até finalmente chocar-se com ele. Um cálculo rápido mostra que isso deveria ocorrer quase que instantaneamente.

Modelo Atomico de Rutherford

Modelo Atômico de Rutherford

O modelo atômico (português brasileiro) ou modelo atómico (português europeu) de Rutherford (também conhecido como modelo planetário do átomo), é um modelo atômico concebido pelo cientista Ernest Rutherford. Para montar sua teoria, Rutherford analisou resultados de seu experimento que ficou conhecido como "experiência de Rutherford". Nesta experiência, utilizando uma fonte radioativa para emitir particulas alfas, um contador geiger, e uma fina folha de ouro(fina ao ponto de existir rumores de que provavelmente a folha continha apenas 10 mil atomos, ou seja, basicamente uma camada de átomos), ele mediu o numero de partículas alfa que atravessaram esta folha. Porém, ele percebeu que embora muitas das particulas atravessam a folha(como já era previsto pelo modelo átomico em rigor naquela epoca), um número muito pequeno de particulas alfa eram refletidas ou sofriam desvio por esta folha. Com base nisto, Ernest Rutherford montou a sua teoria.

Em 1911, Rutherford apresentou a sua teoria para o seu modelo atômico, afirmou que o modelo vigente até então, também conhecido como "pudim de passas", que foi feito por J. J. Thomson, estava incorreto. Rutherford afirmou com seu experimento, que o átomo não era apenas uma esfera maciça de carga elétrica positiva incrustada com elétrons como dizia J. J. Thomson. Segundo Rutherford, o átomo teria na verdade um núcleo de carga elétrica positiva de tamanho muito pequeno em relação ao seu tamanho total, sendo que este núcleo, que conteria praticamente toda a massa do átomo, estaria sendo rodeado por elétrons de carga elétrica negativa, os quais descreveriam órbitas helicoidais em altas velocidades.

                         

Tudo sobre Eletricidade

Eletricidade

A eletricidade está presente a todo tempo ao nosso redor e até em nós mesmos. Na natureza a eletricidade pode ser observada no relâmpago, uma grande descarga elétrica produzida quando se forma uma enorme tensão entre duas regiões da atmosfera.

No corpo humano também observamos a eletricidade: impulsos elétricos do olho para o cérebro. Nas células da retina existem substâncias químicas que são sensíveis à luz, quando uma imagem se forma na retina estas substâncias produzem impulsos elétricos que são transmitidos ao cérebro.

Eletrostática

Na eletrostática estudamos as partículas carregadas eletricamente, ou seja, a eletrostática é a parte da física em que estudamos as cargas elétricas.

Para entender bem os conceitos que vou introduzir neste texto é importante que você conheça a estrutura da matéria, ou seja, o átomo. Então sua primeira leitura para iniciar os estudos em eletrostática é sobre o átomo, elétrons, prótons e nêutrons.

Eletrização, condutores e isolantes

Chamamos de condutores os corpos onde as partículas portadoras de carga elétrica conseguem se mover sem dificuldade, os corpos onde isso não acontece chamamos de isolantes.

A eletrização é o processo pelo qual um corpo fica eletrizado. Quando um corpo ganha elétrons dizemos que ele foi eletrizado negativamente, pois o número de elétrons no corpo é maior que o número de prótons no mesmo. E quando um corpo perde elétrons o número de prótons no corpo é maior que o de elétrons, então, dizemos que o corpo está positivamente eletrizado.

Eletrização por atrito 




Se atritarmos um pedaço de flanela com um bastão de vidro, os dois corpos antes neutros, agora apresentam propriedades elétricas, dizemos então que os corpos foram eletrizados por atrito.

Ao lado temos mais uma ilustração do amigo Tainan Rocha desta vez sobre eletrização. Lembram sobre do exemplo do caminhão que transporta combustível?

Na eletrização por atrito os corpos atritados ficam com cargas elétricas opostas, como por exemplo, o pedaço de flanela com cargas positivas e o bastão de vidro com cargas negativas.

Eletrização por contato

Considere dois corpos, A e B, sendo A positivamente eletrizado e B um corpo neutro. Quando colocamos estes corpos em contato, as cargas positivas do corpo A atraem as cargas negativas de B. Os corpos, claro, devem ser condutores para que isso aconteça. Ao separarmos os corpos, percebemos que o corpo B perdeu elétrons, logo este ficou positivamente eletrizado. Este processo é chamado eletrização por contato.

Eletrização por indução

Dois corpos, A e B, sendo A positivamente eletrizado e B um corpo eletricamente neutro, são colocados próximos um do outro sem haver contato.

As cargas positivas de A atraem as cargas negativas de B. Se aterrarmos o corpo B, as cargas elétricas negativas da terra vão se deslocar para o corpo B. Retirando o condutor que aterra o corpo B e só depois afastar o corpo A. Observamos então que o corpo B ficou negativamente eletrizado.

Carga elétrica

Para entender o conceito de carga elétrica vamos estudar um pouco a estrutura do átomo e as partículas portadoras de carga elétrica que o constituem. No núcleo do átomo estão os prótons e os nêutrons, e girando em torno deste núcleo estão os elétrons. Um próton em presença de outro próton se repele, o mesmo ocorre com os elétrons, mas entre um próton e um elétron existe uma força de atração, como no exemplo do âmbar e da palha. Desta maneira, atribuímos ao próton e ao elétron uma propriedade física denominada carga elétrica.

Lei de Coulomb

Charles Augustin Coulomb desenvolveu uma teoria que chamamos hoje de Lei de Coulomb. A Lei de Coulomb trata da força de interação entre as partículas eletrizadas, as partículas de mesmo sinal se repelem e as de sinais opostos se atraem.


O físico Charles Coulomb utilizou para estudar estas forças, um equipamento que ele mesmo desenvolveu. A balança de torção. Este equipamento consiste em um mecanismo que calcula a intensidade do torque sofrido por uma partícula que sofre repulsão.

Em muitos exercícios você pode encontrar o termo carga elétrica puntiforme, este termo se refere a um corpo eletrizado que tem dimensões desprezíveis em relação à distância que o separa de outro corpo eletrizado.

Energia elétrica

A energia elétrica pode ser definida como a capacidade de trabalho de uma corrente elétrica. Como toda Energia, a energia elétrica é a propriedade de um sistema elétrico que permite a realização de trabalho. Ela é obtida através de várias formas. O que chamamos de “eletricidade” pode ser entendido como Energia Elétrica se, no fenômeno descrito a eletricidade realiza trabalho por meio de cargas elétricas.

Tensão elétrica e diferença de potencial (ddp)

Considere um aparelho que mantenha uma falta de elétrons e uma de suas extremidades e na outra um excesso. Este aparelho é chamado gerador e pode ser uma pilha comum. A falta de elétronscargas possam se deslocar. em um pólo e o excesso em outro origina uma diferença de potencial (d.d.p.). Um aparelho elétrico só funciona quando se cria uma diferença de potencial entre os pontos em que estiver ligado para que as

Potencial elétrico

Num texto anterior abordamos de maneira simplificada a idéia de diferença de potencial elétrico. Agora vamos avançar no conceito de potencial elétrico e nas equações para obtenção do potencial e da diferença de potencial elétrico.

Abaixo podemos observa a representação de um campo elétrico formado entre duas placas paralelas carregadas com cargas elétricas de mesa intensidade, mas sinais opostos.

Corrente elétrica

Corrente elétrica, entender este conceito facilita o entendimento de muitos fenômenos da natureza. A corrente elétrica, e a eletricidade propriamente dita, estão presentes a todo tempo ao nosso redor e até em nós mesmos.

Resistor

O resistor é um dispositivo cujas principais funções são: dificultar a passagem da corrente elétrica e transformar Energia Elétrica em Energia Térmica por Efeito Joule. Entendemos a dificuldade que o resistor apresenta à passagem da corrente elétrica como sendo resistência elétrica. O material mais comum na fabricação do resistor é o carbono.

Resistência Elétrica

Os metais são bons condutores de corrente elétrica, mas alguns são melhores condutores que outros. O metal mais utilizado em nossas instalações elétricas é o cobre. Porque é um bom condutor e, também não é muito caro. Sabemos que a prata é melhor condutora que o cobre e, o chumbo é pior condutor que eles.

Mas o que significa esta diferença entre o cobre, a prata e o chumbo? Por que um é melhor condutor que outro?

Lei de Ohm

A Lei de Ohm afirma que, ao percorrer um resistor (R) a corrente elétrica (i) é diretamente proporcional à tensão (U).

U = R. i

Onde:

U : representa a tensão (ddp).

R: a resistência do resistor ou condutor.

i: corrente elétrica.

A resistência elétrica e as dimensões do condutor

Agora vamos falar um pouso sobre a relação entre a resistência elétrica e as dimensões do condutor. Esta relação foi estudada por um grupo de cientistas que realizaram vários experimentos de eletricidade. Muitos destes experimentos estavam relacionados à resistência elétrica, e nestes, verificou-se que a resistência (R) de um resistor é diretamente proporcional ao comprimento (l) do resistor, inversamente proporcional à área da secção transversal (A) e depende do material do qual o resistor é feito.

Associação de Resistores

Em nosso dia-a-dia utilizamos vários aparelhos elétricos onde são empregados circuitos com dois ou mais resistores. Em muitos destes circuitos, um único resistor deve ser percorrido por uma corrente elétrica maior que a suportada, e nestes casos utiliza-se uma associação de resistores. Em outras aplicações vários resistores são ligados um em seguida do outro para obter o circuito desejado, como é o caso das lâmpadas decorativas de natal.

O Efeito Joule

Quando um condutor é aquecido ao ser percorrido por uma corrente elétrica, ocorre a transformação de energia elétrica em energia térmica. Este fenômeno é conhecido como Efeito Joule, em homenagem ao Físico Britânico James Prescott Joule (1818-1889).

Gerador elétrico

O gerador elétrico é um mecanismo que transforma energia mecânica, química ou outra forma de energia em energia elétrica. O gerador elétrico mais comum é o dínamo (gerador de corrente contínua) de bicicleta, que já estudamos em “como funciona um dínamo”.

Receptor elétrico

Um receptor elétrico é todo elemento do circuito elétrico que transforma energia elétrica em outra forma de energia que não seja calor. Devemos lembrar que os dispositivos que transformam energia elétrica em energia térmica apenas são os resistores e, desta maneira, evite confundir estes últimos com os receptores elétricos.

Potência elétrica

Potência elétrica é uma grandeza física que aparece em várias questões do vestibular, logo, é um assunto que deve ser estudado com muita atenção. Para utilizar da forma correta as equações de potência elétrica é importante entender o conceito de potencia que vimos em um dos textos anteriores, só para lembrar: Na física, potência pode ser definida como a quantidade de energia liberada em certo intervalo de tempo, ou seja, quanto maior a energia liberada em um menor intervalo de tempo maior será a potência.

Circuitos elétricos

Agora que já estudamos uma boa quantidade de conceitos de eletricidade vamos utilizar estes conceitos para entender e resolver exercícios com circuitos elétricos. O circuito elétrico é formado por uma ou mais fontes de energia elétrica, fios condutores e algum elemento de circuito como resistores, capacitores e receptores. O circuito elétrico estará completo quando a corrente elétrica, que sai de um dos terminais da fonte de energia, percorre os componentes do circuito e fecha seu percurso no outro pólo da fonte de energia.

Elementos de um circuito elétrico

Escolhi alguns elementos utilizados em circuito elétrico que acredito serem os mais comuns. A idéia é apresentar os principais elementos que compõem um circuito elétrico e oferecer a possibilidade de entender melhor cada um deles. Para saber mais sobre cada elemento específico basta clicar no nome e você será direcionado à página do elemento do circuito.

Linhas de força ou linhas de campo

Para entender melhor este texto sobre linhas de força ou linhas de campo você deve ler o post sobre o conceito de campo elétrico.

Com o objetivo de representar o campo elétrico através de diagramas, Faraday introduziu o conceito de linhas de força que também chamamos de linhas de campo. Estas linhas vão ajudar a definir a direção da força elétrica ou magnética, e a densidade do campo elétrico ou magnético em qualquer região do espaço.

O conceito de Campo Elétrico

No texto sobre a Lei de Coulomb, falamos sobre a força elétrica que age entre duas partículas eletrizadas através do campo elétrico. Neste texto vamos entender o conceito de campo elétrico.