3ª Aula Materiais Eletroeletrônicos

7/26/2019 3 Aula Materiais Eletroeletrnicos

1/25

1

A corrente eltrica o movimento ordenado dos portadores de carga eltrica.Assim, todos os fatores que dificultam a movimentao dos portadorescontribuem para a resistividade do material.

Matematicamente, a resistividade total de um material metlico a

soma de trs contribuies.

3.1Propriedades eltricas dos condutores


2/25

2

3.1Propriedadeseltricas dos condutores


3/25

3

Efeito da temperatura sobre a resistividade eltrica de metais

Com o aumento da temperatura, aumentam as amplitudes das vibraescristalinas, aumentando o espalhamento dos eltrons.

3.1Propriedadeseltricas dos condutores

Eltron Eltron


4/25

4

Efeito da impureza sobre a resistividade eltrica de metais

A presena de impurezas deforma a rede cristalina, aumentando oespalhamento dos eltrons.



5/25

5

Coeficiente de temperaturaUm metal quando aquecido aumenta sua amplitude de vibrao dos tomos que

o constituem, esta agitao interfere no deslocamento dos eltrons perifricosao longo do corpo condutor.

Portanto, em funo direta da temperatura, h o aumento da resistnciaeltrica R do condutor metlico.


tRRt 00

1

onde:

Ro: resistncia do condutor medido a 0oC

Rt: resistncia do condutor na temperatura t

o: coeficiente de temperatura do condutor a 0oC


6/25

6

Coeficiente de temperatura


Observao 1: Para os metais puros, o coeficiente de temperatura prximo

a 0,004 1 / 273. Deduz-se disso que a resistncia eltrica de

um condutor aumenta aproximadamente 10%para cada 25oC

de variao de sua temperatura.

Observao 2:Para os metais no puros , ligas metlicas por exemplo,o

coeficiente de temperatura tem valor menor que para os

metais puros.


7/25

7



8/25

8



9/25

9



10/25

10



11/25

11

3.2Propriedades trmicas dos condutores

Introduo: Entende-se por Propriedades Trmicas a resposta de ummaterial a um estmulo trmico (aumento ou reduo de temperatura).

O que acontece quando fornecemos calor a um corpo?

Variao dimensional

Dilatao ou expanso trmica (em aquecimento);

Contrao (no resfriamento);

Calor absorvido ou transmitido;

Transformaes de fases.


12/25

12


Todos os corpos possuem energia interna. Esta energia est de certa maneira"armazenada" nos corpos, e vem, entre outras coisas, do movimento ou da vibrao dostomos e molculas que formam o corpo. Veja a animao abaixo.


13/25

13


Conduo de calor em metais

Metal = grande nmero de eltrons livres

O transporte eletrnico muito eficiente!

Condutividades entre 20 e 400 W/m-K

Conduo de calor em cermicas

Cermica = isolante (poucos eltrons livres)

Condutividade por fnons (pouco eficiente!)

Condutividades entre 2 e 50 W/m-K


14/25

14


DILATAO TERMICA: Dilatao trmica o nome que se d ao aumentodo volume de um corpo ocasionado pela aumento de sua temperatura, o quecausa o aumento no grau de agitao de suas molculas e conseqente aumentona distncia mdia entre as mesmas.

A dilatao ocorre de forma mais significativa nos gases, de formaintermediria nos lquidos e de forma menos explcita nos slidos, podendo-seafirmar que:

Dilatao nos gases > Dilatao nos lquidos > Dilatao nos slidos.

Nos slidos, o aumento ou diminuio da temperatura provoca alterao nasdimenses lineares, como tambm nas dimenses superficiais e volumtricas.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Volumehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Volume


15/25

15


Dilatao Linear dos Slidos:A maioria dos materiais slidos se expandemno aquecimento e se contraem no resfriamento. A mudana no comprimento deum material slido com a temperatura pode ser expressa da seguinte.

ou

ondeL a variao do comprimento, L= LfL0.t a variao da temperatura, t= TfT0. uma constante de proporcionalidade denominada de coeficiente de dilatao linear, ea sua unidade o C-1.

Cada material tem um coeficiente de dilatao linear prprio, o do alumnio,por exemplo, 24.10-6C-1.

Unidade: cm


16/25

16


Na tabela podemos verificar o valor do coeficiente de dilataolinear de algumas substncias.


17/25

17


Dilatao Superficial dos Slidos: H corpos que podem ser consideradosbidimensionais, pois sua terceira dimenso desprezvel frente s outras duas,por exemplo, uma chapa.

Neste caso, a expanso ocorre nas suas duas dimenses lineares, ou seja, na

rea total do corpo.

Para calcularmos a variao da rea do corpo que sofreu a dilataosuperficial utilizamos a seguinte equao:


18/25

18



onde:

S: variao da rea da superfcie do corpo que sofreu a dilatao superficial.S0: rea inicial da superfcie do corpo.

: coeficiente de dilatao superficial do material que constitui o corpo.

importante saber que o coeficiente de dilatao superficial de um material igual aodobro do coeficiente de dilatao linear do mesmo material, ou seja,= 2.

T: variao de temperatura sofrida pelo corpo.

Unidade: cm2


19/25

19


Dilatao Volumtrica dos Slidos: aquela em que predomina a variao emtrs dimenses, ou seja, a variao do volume do corpo.

Imaginemos um paraleleppedo de volume inicial Voe temperatura inicial To.Ao aquecermos este corpo para uma temperatura t ele passar a ter um novo

volume V.


V = V0(1 + . )


20/25

20



Onde:V = volume finalV0= volume inicial= 0= variao da temperatura= 3= coeficiente de dilatao volumtrico

Relao entre os coeficientes de dilatao linear, superficial e volumtrica

Partindo do coeficiente de dilatao linear () notamos que o coeficiente dedilatao superficial ()e volumtrica () depende dele, pois 2 igual a e3 igual a ,portanto podemos escrever a seguinte relao:

V = V0(1 + . ) Unidade: cm3


21/25

TERMOPARES


22/25

TERMOPARES


23/25

23

1) Pretende-se que um fio de 0,2cm de dimetro por 1 m de comprimento transporte uma corrente de20 A. A potencia mxima dissipada ao longo do fio de 4W/s. Calcule a conduo mnima possveldo fio em .m.

2) Para que um fio de cobre de pureza comercial possa conduzir uma corrente de 10 A com uma queda detenso mxima de 0,4 V/m, qual deve ser o dimetro mnimo do fio? (Cu comercial = 5,85.107(.m)-1

3) Calcule a resistividade do cobre puro a 1320C, usando o coeficiente de temperatura da resistividadedo cobre.

Dados: 00C = 1,6 .m.

Lista 1


24/25

24

4) Em um laboratrio de maquinas eltricas de 20 m2de rea, a tenso mxima disponvel 440V. Paraprevenir o risco de choques eltricos, emprega-se um tapete eletricamente isolante, que cobretodo o cho da sala. A espessura deste tapete foi calculado por um especialista considerando acorrente mxima permitida igual 1 mA. A resistncia do homem desprezada e a rea de contadodo usurio com o tapete foi arbitrada em 1000 cm2. O isolante empregado apresenta resistividadeigual a 4,4 108.cm. e massa especifica igual a 2 g/cm3. Qual a massa em kg, deste tapete?

5) Uma amostra de fio (1 mm de dimetro por 1 m de comprimento) de um liga de alumnio colocada emum circuito eltrico como mostrado na figura abaixo. Uma queda de tenso de 432mV medidaentre as extremidades do fio quando este transporta uma corrente de 10A . Calcule acondutividade dessa liga?

Lista 1


25/25

25

7) Duas barras de 3 metros de alumnio encontram-se separadas por 1 cm 200C. Qual deve ser atemperatura para que elas se encostem, considerando que a nica direo da dilatao acontecerno sentido do encontro?

Sendo Al 22.10-60C-1

8) Uma pea de zinco constituda a partir de uma chapa de zinco com lados 30cm, da qual um pedaode rea 500cm2. Elevando-se a temperatura de 500C a temperatura da pea restante, qual ser a

rea final em cm2?Dados: Zn= 2,5.10-50C-1

9) Um paraleleppedo de uma liga de alumnio (Al22.10-60C-1) tem arestas que, 00C, medem 5cm, 40cme 30cm. De quanto aumenta seu volume ao ser aquecido temperatura de 100 0C?

Lista 1

3ª Aula Materiais Eletroeletrônicos

Documents

Transcript of 3ª Aula Materiais Eletroeletrônicos