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Eletromagnetismo I - Eletrostática

•  Parâmetros Constitutivos

•  Meios isotrópicos, homogêneos e lineares.

•  Bandas de Energia.

•  Condutividade de Condutores, Semicondutores e Isolantes.

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Condutividade Elétrica e Lei de Ohm na Forma Pontual (Capítulo 5 – Páginas 114 a 118)

Eletromagnetismo I - Eletrostática

•  Até agora falamos sobre campos eletrostáticos no espaço livre. A partir de agora

passaremos a falar da interação de campos com meios condutores e dielétricos.

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Meios Materiais

•  As propriedades dos materiais, no eletromagnetismo, são levadas em conta através

dos parâmetros constitutivos.

•  Na eletrostática estes parâmetros são:

•  A condutividade do material (σ), dada em Simens.

•  A constante dielétrica do material (ε), dada em Farads por metro (F.m-1).

•  Na magnetostática será introduzido um outro parâmetro constitutivo: a permeabilidade magnética (µ).

Eletromagnetismo I - Eletrostática

•  Na maioria dos problemas, consideraremos que os materiais são isotrópicos,

homogêneos e lineares.

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•  Meios homogêneos são aqueles em que os parâmetros constitutivos possuem o

mesmo valor em todos os pontos.

•  Meios lineares são meios onde a resposta do material não depende da intensidade do campo elétrico (ou magnético) aplicado.

Meios materiais

•  Meios isotrópicos são aqueles em que os parâmetros constitutivos dentro do material

não dependem da direção espacial.

•  Que tipo de campo escalar σ existe em um meio homogêneo?

•  Como seriam os parâmetros constitutivos (σ e ε) em um meio anisotrópico?

Eletromagnetismo I - Eletrostática

•  O conhecimento do comportamento dos campos eletrostáticos (e eletromagnéticos)

em:

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Meios materiais

permite compreender o funcionamento e projetar grande parte dos dispositivos

de Engenharia Elétrica e de Telecomunicações, como por exemplo:

①  Materiais homogêneos, isotrópicos e lineares (condutores e dielétricos) e

②  Na interface entre meios diferentes (condutores e dielétricos),

Antenas FibrasÓpticasGuiasdeOnda

Linhasdetransmissão

Eletromagnetismo I - Eletrostática

•  O tipo de carga disponível para condução de corrente depende do tipo de material:

condutores, semicondutores e isolantes.

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Teoria Microscópica da Condução

•  O comportamento elétrico depende da quantidade de cargas disponíveis para

condução.

•  Elétrons de valência estão ‘presos’ nas ligações

químicas.

•  Elétrons de condução são livres para se mover ao

longo do material

Elétronsnaestruturacristalinadosilício

Eletromagnetismo I - Eletrostática

•  Os elétrons presentes nos materiais podem ter diferentes energias, dentro de certas

faixas (bandas de energia).

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Teoria Microscópica da Condução

•  Elétrons de valência só têm valores de energia dentro da banda de valência e elétrons

de condução só têm valores de energia dentro da banda de condução.

•  A dopagem destes materiais introduz elétrons na banda de condução e/ou lacunas na

banda de valência.

Eletromagnetismo I - Eletrostática

•  Em bons condutores a energia que os elétrons precisam adquirir para passar da banda

de valência para a de condução é pequena.

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Teoria Microscópica da Condução

•  Em materiais dielétricos, há uma banda de energias proibidas grande entre a banda

de valência e a de condução. A banda de condução no geral é completamente vazia.

•  A energia térmica e a energia fornecida pelo Campo Elétrico são suficientes para que

muitos elétrons passem para a banda de condução.

•  Em materiais semicondutores, a banda de energias proibidas é menor do que a dos

isolantes. •  A energia térmica é suficiente para que uma quantidade pequena de elétrons passe

para a banda de condução.

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•  A condutividade elétrica varia em várias ordens de grandeza para diferentes materiais.

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Condutividade

•  Para bons condutores, a condutividade

é maior do que 104 S/m.

•  Para bons isolantes, a condutividade é

menor do que 10-4 S/m.