Eletrônica I     Gustavo Fabro de Azevedogustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br                                      1
Constituição da Matéria         A matéria pode ser encontrada no estado  sólido, liquido ou gasoso é constituída por moléc...
O que é um ÁTOMO? ...                                             NÍVEIS DE                                             EN...
Quais as partículas que compõem o átomo?                                                           Elétrons...           ...
Estrutura do Átomo                                             O átomo é basicamente                                      ...
Carga Elétrica das Partículas                          A carga elétrica do elétron                   é igual à carga do pr...
Órbitas Eletrônicas        Num átomo, os elétrons que giram em volta do núcleo distribuem-seem várias órbitas ou camadas e...
As condições de estabilidade dos elétrons emdeterminadas órbitas fazem com que em cada uma delas sejapossível um número má...
Segundo o Modelo Atômico de Bohr...     Os elétrons giram em           órbitas ou níveis bem     definidos, conhecidos   ...
IonizaçãoO átomo altera as suas características elétricas por meio da ionização:  perdendo elétrons, oátomo torna-se um ío...
Íons positivos e Íons negativos        Um átomo quando eletricamente neutro poderá ganhar (receber) ouperder (ceder) elétr...
Elétrons de Valência                 A última órbita de um átomo ou camada mais afastada donúcleo define a sua valência, o...
Os elétrons da banda de valência são os que têm maisfacilidade de sair do átomo.       Isso ocorre porque eles têm uma ene...
No campo da eletrônica, dentre os diversos materiaisusados, encontramos os SEMICONDUTORES, que possuemcaracterísticas inte...
Bandas de Energia        O fato das órbitas estarem a distâncias bem-definidas emrelação ao núcleo do átomo, faz com que e...
Num material isolante é necessário aplicar muita energia(por exemplo, muita tensão elétrica) para passar os elétrons daban...
Surgimento da Lacuna ou Buraco    Quando um elétron se    torna livre, ao romper    uma ligação covalente,    cria-se um b...
Formação de uma carga positiva aparente           (lacuna, buraco)19/02/13      gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br   18
Formação de uma carga positiva       aparente (lacuna, buraco)       Quando um elétron abandona uma ligação covalente,  ...
Movimento “dirigido” de um elétron  livre sob a ação de um campo              elétrico.                               Co...
Condutores x Isolantes   Os materiais condutores são     formados por átomos cujos    elétrons da órbita de valência    e...
Condutores         Os átomos com 1, 2 ou 3 elétrons de valência têm uma certafacilidade em cedê-los já que a sua camada de...
Isolantes       Os átomos que têm entre 5 e 8 elétrons de valência nãocedem facilmente elétrons já que a sua camada de val...
Semicondutores       Existem vários tipos de semicondutores. Os mais comunssão o silício (Si) e o germânio (Ge).          ...
Representação plana das ligações do SiOs materiais como Si, Ge, Arseneto de Gálio (GaAs) e fosfeto de índio(InP) são chama...
A Partir do SEMICONDUTOR INTRÍNSECO, podemosformar os SEMICONDUTORES EXTRÍNSECOS,adicionando impurezas, ou seja outros mat...
Dopagem Altera a resistividade do material; Substituição de um átomo de Silício por átomos de impurezas    dopantes; Át...
“Impurezas” para dopagem     Exemplos de impurezas para          dopagem no silício:                   Tipo P:       Bor...
Oscilações térmicas da estruturacristalina intrínseca do Si ou Ge a T >                  0º K  Como conseqüência do      ...
Surgimento da Lacuna ou                 Buraco     Quando um elétron se      torna livre, ao romper      uma ligação cova...
Formação do Cristal de Silício             tipo “N”.                                           Com o acréscimo de um    ...
Semicondutores tipo N                     Silício tipo NElétron livre                                                     ...
Formação do Cristal de Silício tipo              “P”.                        Com o acréscimo de um elemento do           ...
Semicondutores tipo P                    Silício tipo P Buraco  livre                                                 Silí...
Condução no material  semicondutor tipo “P” ou “N”.                                             Quando aplicamos        ...
Condução de Elétrons e Lacunas no material semicondutor tipo “P” ou “N”.19/02/13      gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br ...
Condução no material               semicondutor tipo “P” ou “N”.      Os elétrons (cargas       negativas) são       atra...
Condução no material       semicondutor tipo “P” ou “N”.                                            As lacunas (cargas   ...
Condução no material    semicondutor tipo “P” ou “N”.   As lacunas são atraídas    pela tensão negativa e    repelidos pe...
Próximos SlideShares
Carregando em…5
×

Constituição atómica da matéria

4.888 visualizações

Publicada em

Publicada em: Educação
0 comentários
1 gostou
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
4.888
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
9
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
174
Comentários
0
Gostaram
1
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Constituição atómica da matéria

  1. 1. Eletrônica I Gustavo Fabro de Azevedogustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 1
  2. 2. Constituição da Matéria A matéria pode ser encontrada no estado sólido, liquido ou gasoso é constituída por moléculas e estas podem ainda ser subdivididas em partículas menores que são os átomos. Exemplo: 2 átomos de 1 molécula de hidrogénio 1 átomo de oxigénio água H2O ⇒ H2 + O19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 2
  3. 3. O que é um ÁTOMO? ... NÍVEIS DE ENERGIA ELÉTRONS NÚCLEO Segundo o Modeloatômico de Bohr, o átomo é um elemento químicoque compõem a molécula formado por... 19/02/13 3 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br
  4. 4. Quais as partículas que compõem o átomo?  Elétrons...  Prótons...  Nêutrons...19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 4
  5. 5. Estrutura do Átomo O átomo é basicamente formado por três tipos de partículas elementares: elétrons, prótons e nêutrons. Os prótons e os nêutrons Órbita electrónica estão no núcleo do átomo e os elétrons giram em órbitas eletrônicas em volta do núcleo do átomo. O número de elétrons, prótons e nêutrons é diferente para cada tipo de elemento.19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 5
  6. 6. Carga Elétrica das Partículas A carga elétrica do elétron é igual à carga do próton, porém de sinal contrário: o elétron possui carga negativa (-) e o próton carga elétrica positiva (+). O nêutron não possui carga elétrica, isto é, a sua carga é nula. 6 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br
  7. 7. Órbitas Eletrônicas Num átomo, os elétrons que giram em volta do núcleo distribuem-seem várias órbitas ou camadas electrónicas num total máximo de sete (K, L,M, N, O, P, Q). Quanto maior a energia do elétron, maior é o raio de sua órbita.Assim, um elétron da órbita Q tem mais energia que um elétron da órbita P. O mesmo ocorre com os prótons, aqueles que possuem maiorenergia estão situados nas órbitas mais externas. 7 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br
  8. 8. As condições de estabilidade dos elétrons emdeterminadas órbitas fazem com que em cada uma delas sejapossível um número máximo de elétrons como mostradoabaixo. K=2 L=8 M=18 N=32 O=32 P=18 Q=2 Número máximo de elétrons por camada. 8 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br
  9. 9. Segundo o Modelo Atômico de Bohr... Os elétrons giram em  órbitas ou níveis bem definidos, conhecidos como camadas K L M N O P Q  cada camada terá um número máximo de K L M elétrons: N O P Q 2 8 18 32 32 18 8 19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 9
  10. 10. IonizaçãoO átomo altera as suas características elétricas por meio da ionização: perdendo elétrons, oátomo torna-se um íon positivo ou cátion; ganhando elétrons torna-se um íon negativo ou ânion.19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 10
  11. 11. Íons positivos e Íons negativos Um átomo quando eletricamente neutro poderá ganhar (receber) ouperder (ceder) elétrons. Quando ele ganha um ou mais elétrons, dizemos que se transformanum íon negativo. Quando um átomo perde um ou mais elétrons, dizemos que ele setransforma num íon positivo.Exemplo: Se o átomo de sódio (Na) ceder um elétron ao átomo de cloro (Cl)passamos a ter um íon positivo de sódio e um íon negativo de cloro. íon negativo íon positivo de cloro Cl- N+ a de sódio 11 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br
  12. 12. Elétrons de Valência A última órbita de um átomo ou camada mais afastada donúcleo define a sua valência, ou seja, a quantidade de elétrons desta órbitaque pode se libertar do átomo através do bombardeio de energia externa(calor, luz ou outro tipo de radiação) ou se ligar a outro átomo através deligações covalentes. Os elétrons dessa camada são chamados de elétrons devalência. Ligações Covalentes: compartilhamento dos elétrons da últimaórbita com os da última órbita de outro átomo. Num átomo, o número máximo de elétrons de valência é deoito. 12 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br
  13. 13. Os elétrons da banda de valência são os que têm maisfacilidade de sair do átomo. Isso ocorre porque eles têm uma energia maior e também estão auma distância maior em relação ao núcleo do átomo, a força de atração émenor. São estes elétrons livres que, sob a ação de um capo elétricoformam a corrente elétrica. Quando um átomo tem oito elétrons de valência diz-se que oátomo tem estabilidade química ou molecular. 13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br
  14. 14. No campo da eletrônica, dentre os diversos materiaisusados, encontramos os SEMICONDUTORES, que possuemcaracterísticas intermediárias entre os condutores e os isolantes. Os materiais semicondutores mais utilizados são o SILICIO(Si) e o GERMÂNIO (Ge) que na sua forma pura (intrínseca)apresentam uma estrutura cristalina, tendo quatro elétrons nacamada de valência, sendo por isso consideradosTETRAVALENTES.19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 14
  15. 15. Bandas de Energia O fato das órbitas estarem a distâncias bem-definidas emrelação ao núcleo do átomo, faz com que entre uma órbita e outra existauma região onde não é possível existir elétrons, denominada bandaproibida. O tamanho dessa banda proibida na última camada de elétronsdefine o comportamento elétrico do material. Energia 15 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br
  16. 16. Num material isolante é necessário aplicar muita energia(por exemplo, muita tensão elétrica) para passar os elétrons dabanda de valência para a banda de condução já que a bandaproibida é muito larga. Pelo contrário, num material condutor a passagem doselétrons da banda de valência para a banda de condução faz-sefacilmente já que não existe banda proibida. Os materiais semicondutores estão numa situaçãointermédia entre os materiais isoladores e condutores. 16 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br
  17. 17. Surgimento da Lacuna ou Buraco Quando um elétron se torna livre, ao romper uma ligação covalente, cria-se um buraco ou Surgimento da lacuna ou uma lacuna. Buraco, no espaço de onde um elétrons se libertou19/02/13 gustavozazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 17
  18. 18. Formação de uma carga positiva aparente (lacuna, buraco)19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 18
  19. 19. Formação de uma carga positiva aparente (lacuna, buraco) Quando um elétron abandona uma ligação covalente, fica faltando nesse lugar uma carga elétrica negativa, constituindo-se uma lacuna, que pode ser considerada uma partícula autônoma, carregada positivamente.  A lacuna é uma partícula fictícia, de propriedades análogas às do elétron, mas de carga positiva (+).19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 19
  20. 20. Movimento “dirigido” de um elétron livre sob a ação de um campo elétrico.   Com o cristal sujeito a ação de um campo elétrico, os elétrons livres se deslocarão em sentido oposto, criando uma orientação predominante, o que significa um “transporte” de cargas elétricas e com isso uma corrente elétrica.19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 20
  21. 21. Condutores x Isolantes Os materiais condutores são formados por átomos cujos elétrons da órbita de valência estão fracamente ligados ao núcleo, de modo que a temperatura ambiente tem energia suficiente para arrancá-los da órbita, tornando-os livres. 19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 21
  22. 22. Condutores Os átomos com 1, 2 ou 3 elétrons de valência têm uma certafacilidade em cedê-los já que a sua camada de valência está muitoincompleta (para estar completa deveria ter 8 elétrons de valência). Por exemplo, um átomo de cobre tem um elétron de valência oque faz com que ele ceda com muita facilidade esse elétron (elétronlivre).Número atómico do cobre = 29 (número total de elétrons no átomo) K=2 2n2 = 2x12 = 2 L=8 2n2 = 2x22 = 8 M=18 2n2 = 2x32 = 18 N=1 22 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br
  23. 23. Isolantes Os átomos que têm entre 5 e 8 elétrons de valência nãocedem facilmente elétrons já que a sua camada de valência estáquase completa (para estar completa deveria ter 8 elétrons devalência). O vidro, a mica, a borracha estão neste caso. Estes materiais não são condutores da corrente elétricaporque não têm elétrons livres sendo necessário aplicar-lhes umagrande energia para passar os elétrons de banda de valência para abanda de condução. 23 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br
  24. 24. Semicondutores Existem vários tipos de semicondutores. Os mais comunssão o silício (Si) e o germânio (Ge). Número atómico do Germânio: 32 K=2, L=8, M=18 e N=4. Número atómico do Silício: 14 K=2, L=8 e M=4. Os átomos com 4 elétrons de valência geralmente não ganham nemperdem elétrons, é o que acontece com os materiais semicondutores,Germânio (Ge) e Silício (Si). 24 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br
  25. 25. Representação plana das ligações do SiOs materiais como Si, Ge, Arseneto de Gálio (GaAs) e fosfeto de índio(InP) são chamados de semicondutores intrínsecos ou puros poisencontram-se em seu estado natural. 25 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br
  26. 26. A Partir do SEMICONDUTOR INTRÍNSECO, podemosformar os SEMICONDUTORES EXTRÍNSECOS,adicionando impurezas, ou seja outros materiais, por umprocesso conhecido como dopagem. 19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 26
  27. 27. Dopagem Altera a resistividade do material; Substituição de um átomo de Silício por átomos de impurezas dopantes; Átomos chamados trivalentes ou aceitadores são usados para criar camadas com predominância de buracos, ou tipo P. Átomos chamados pentavalentes ou doadores são sados para criar camadas com predominância de elétrons, ou tipo N.19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 27
  28. 28. “Impurezas” para dopagem Exemplos de impurezas para dopagem no silício: Tipo P: Boro (B), Alumínio (Al) e Gálio (Ga). Tipo N: Fósforo (P), Arsênio (As) e 19/02/13 Antimônio (Sb). gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 28
  29. 29. Oscilações térmicas da estruturacristalina intrínseca do Si ou Ge a T > 0º K  Como conseqüência do acréscimo de temperatura (energia térmica), os átomos e os elétrons vibram em torno de suas posições de repouso, provocando a liberação dos elétrons de suas ligações covalentes surgindo assim os - elétrons livres 19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 29
  30. 30. Surgimento da Lacuna ou Buraco Quando um elétron se torna livre, ao romper uma ligação covalente, cria-se um buraco ou uma lacuna. Surgimento da lacuna ou Buraco, no espaço de onde um elétrons se libertou 19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 30
  31. 31. Formação do Cristal de Silício tipo “N”.   Com o acréscimo de um elemento do grupo V da Tabela Periódica (pentavalente - 5 elétrons na camada de valência, ou doador), na estrutura do Silício intrínseco vamos ter elétrons livres em excesso (carga negativa) formando-se o silício tipo “N” ou de dopagem “N”.19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 31
  32. 32. Semicondutores tipo N Silício tipo NElétron livre Silício elétron Íonpositivo Dopante pentavalente19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 32
  33. 33. Formação do Cristal de Silício tipo “P”.  Com o acréscimo de um elemento do grupo III da Tabela Periódica(trivalente- 3 elétrons na camada de valência, ou receptor), na estrutura do Silício intrínseco vamos ter a falta de elétrons livres em uma ligação,  Originando-se uma lacuna ou buraco (carga positiva) formando-se o silício tipo “P”, ou de dopagem “P.”19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 33
  34. 34. Semicondutores tipo P Silício tipo P Buraco livre Silício elétron Íonnegativo Dopante trivalente19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 34
  35. 35. Condução no material semicondutor tipo “P” ou “N”.   Quando aplicamos uma tensão através de um semicondutor, tipo P ou N ocorre uma condução pelo movimento de elétrons e lacunas.19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 35
  36. 36. Condução de Elétrons e Lacunas no material semicondutor tipo “P” ou “N”.19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 36
  37. 37. Condução no material semicondutor tipo “P” ou “N”. Os elétrons (cargas negativas) são atraídos pela tensão positiva e repelidos pela tensão negativa. 19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 37
  38. 38. Condução no material semicondutor tipo “P” ou “N”.  As lacunas (cargas positivas) se movimentam no sentido oposto ao dos elétrons.19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 38
  39. 39. Condução no material semicondutor tipo “P” ou “N”. As lacunas são atraídas pela tensão negativa e repelidos pela tensão positiva. 19/02/13 gustavoazevedo@pelotas.ifsul.edu.br 39

×