Propriedades eletrica dos solidos

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Propriedades Elétricas dos Sólidos

Eduardo Henrique de Camargo Reis
Licenciatura Plena em Física, RA: 356158
Universidade Federal de São Carlos- Campus Sorocaba
e-mail: educamargoreis@gmail.com


Resumo. Sólidos diferentes possuem características que alteram a sua condução elétrica. Dependo da quantidade de elétrons livres, sua banda de valência um material pode ser umcondutor, um semicondutor ou um isolante. Características como Resistividade, Coeficiente de Temperatura da Resistividade e Concentração dos Portadores de Carga descrevem como um material conduz cargas.


Palavras chave: Propriedade Elétricas, Condutores, Semicondutores, Isolantes, Elétrons Livres, Banda de Valência



Para a melhor compreensão das características elétricas dossólidos é necessário a discussão sobre sólidos cristalinos. Sólidos cristalinos são aqueles cujos átomos estão dispostos através de uma estrutura tridimensional periódica conhecida como rede cristalina. Assim faremos apenas uma discussão sobre materiais que possuem essa rede cristalina como uma célula unitária, assim matérias como plásticos, madeira, vidro, borracha estão fora já que não possuem essacaracterística.
Materias como diamante, cobre, silício são matérias que possuem uma rede cristalina bem definida. Sendo o diamante um isolante, o silício um semicondutor e o cobre um condutor elétrico. Dito isso podemos classificar os materiais do ponto de vista elétrico de acordo com três propriedades básicas:
• Resistividade (ρ): medida a temperatura ambiente, tem unidade no SIohm-metro (Ω.m). Quando queremos tratar em visão geral uma substancia e não um objeto em particular alteramos os parâmetros no qual focalizamos os estudos. Então não utilizaremos a diferença de tensão V e sim para o campo Elétrico no ponto do material resistivo. Ao invés de olharmos para a corrente i que passa através de um material resistivo, trataremos da densidade de corrente J no ponto em questão.Assim em vez de uma resistência R de um material, teremos a Resistividade ρ definida por [pic]·.

• Coeficiente de Temperatura da Resistividade (α): O α é definido através da seguinte equação[pic], assim sua unidade no SI é [pic] (inverso do Kelvin). O α pode ser medido experimentalmente variando a temperatura e medindo a resistividade.

• Concentração dos Portadores de Carga (n):definido pela quantidade de portadores de carga por unidade de volume possui unidade no SI [pic] (inverso do metro cúbico). Um dos métodos para medir a concentração de portadores de carga é utilizando o efeito Hall.

Quando olhamos para essas propriedades, principalmente olhando para a resistividade a temperatura ambiente, conseguimos notar que alguns materias não conduzem eletricidade e sãodenominados isolantes. Então comparando as resistividades do cobre com o diamante, percebemos que o diamante tem uma resistividade [pic]vezes maior que o cobre.
Então para classificar os materias olhamos para os parâmetros ρ,α e n podemos dividir a grande maioria dos materias que não são isolantes como materias: metais ou semicondutores.
• Os semicondutores possuem uma resistividade ρ bemmaior que a dos metais, assim os semicondutores tem uma maior resistividade que os metais.

• Ao olharmos para o Coeficiente de Temperatura da Resistividade (α) os semicondutores possuem esse α maior que o dos metais e é negativo, já os metais possuem α positivo. Assim os semicondutores têm sua resistividade diminuída quando a temperatura aumenta, enquanto a dos metais aumenta quando atemperatura aumenta.

• Quanto a Concentração de Portadores de Carga um semicondutor possui uma quantidade muito menor de portadores de carga comparado com um metal.

A tabela 1 abaixo apresenta os valores para um semicondutor, os valores da tabela são para o silício, e para um metal, os valores da tabela são para o cobre.
[pic]
* Todos os valores são para temperaturas ambiente....
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