Materiais condutores

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Medidas e Materiais Elétricos
Professor : Luis Neves MATERIAIS CONDUTORES

Estrutura dos Materiais Condutores
Banda ou Nível de Energia
Na Figura 1 apresenta-se o modelo atômico de Bohr. Neste modelo, o átomo está dividido em duas partes: o núcleo e a eletrosfera. No núcleo encontram-se os prótons e os nêutrons. Já na eletrosfera estão os elétrons, distribuídos em sete camadas eletrônicas oubandas de energia: K, L, M, N, O, P e Q. Cada banda de energia pode conter um número máximo de elétrons, como apresentado na Tabela 1.
Banda de Energia Nº Máximo de Elétrons Figura 1 - Modelo atômico de Bohr K 2 L 8 M 18 N 32 O 32 P 18 Q 2

Tabela 1: Número máximo de elétrons nas bandas de energia

Curso Superior de Tecnologia em Automação Industrial

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Quanto maior a energia do elétron, maior é o raio de sua órbita (Q > P > O > ...), Figura 2, e mais fracamente ele está ligado ao núcleo.
Energia dos Elétrons

Banda ou Camada dos Átomos

N M L K Núcleo Figura 3 - Estabilidade de um elétron numa determinada órbita

Figura 2 - Níveis de energia de um átomo

Um elétron na sua órbitagira com uma certa velocidade (energia cinética), fazendo com que sobre ele exista uma força centrífuga, Fc. Além disso, o núcleo também exerce sobre este elétron uma força, denominada de força de atração eletrostática Fe. O equilíbrio destas duas forças torna o elétron estável na sua órbita, Figura 3.
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Na estrutura atômica em equilíbrio (sem a presença de Energia externa), existem níveis de energia discretos (individuais) para cada elétron em órbita, conforme mostra a Figura 4. Na verdade, cada material tem seu próprio conjunto de Níveis de Energia Permissíveis para os elétrons em sua estrutura atômica. Quanto mais longe o elétron estiver donúcleo, maior será o seu estado de energia, e qualquer energia externa aplicada esse elétron suficiente para que ele deixe o seu átomo de origem (elétron livre), esse elétron apresentará um estado de energia maior do que qualquer outro na estrutura atômica.
Energia
Gap de energia Gap de energia etc.

Nível de valência (camada externa) Segundo nível (camada interna seguinte) Terceiro nível (etc.)Núcleo

Figura 4: Níveis discretos de energia
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A última órbita de um átomo é denominada de banda ou nível de valência. A valência de um átomo é o número de elétrons da banda de valência. São estes elétrons que farão ligações químicas para completaro número máximo de elétrons da banda de valência, de modo a tornar o átomo estável. Os elétrons que estão na banda de valência têm mais facilidade para sair do átomo, quando recebem um acréscimo de energia, sob a forma de luz ou calor. Ao receberem este acréscimo de energia, os elétrons tornam-se livres, saem da banda de valência e dirigem-se para a banda de condução, onde sob a ação de um campoelétrico formam a corrente elétrica (I), Figura 5.

Figura 5 - Banda de Valência e Banda de Condução

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Entre as bandas de valência e de condução há uma região onde não é possível existir elétrons, denominada de banda proibida, Figura 6. Estabanda proibida define o comportamento elétrico do material. Assim, quanto maior a banda proibida, maior será a quantidade de energia necessária para retirar um elétron da banda de valência e levá-lo para a banda de condução. A energia associada a cada elétron é medida em elétron-Volts (eV). Um elétron-Volt é obtido pelo produto da carga de 1 elétron por 1 Volt. Carga do elétron = 1,6 x 10-19...
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