Relatório Física

INTRODUÇÃO

O número de elétrons de valência é um fator importante do elemento. Ele define a capacidade do átomo de ganhar ou perder elétrons e de se combinar com outros elementos. Quando os átomos não estão isolados, mas juntos em um material sólido, as forças de interação entre eles são significativas. Isso provoca uma alteração nos níveis de energia acima da valência. Podem existir níveis de energia não permitidos, logo acima da valência. Para que um material conduza eletricidade, é necessário que os elétrons de valência, sobre a ação de um potencial elétrico aplicado, saltem do nível de valência para um nível ou banda de condução.

Os metais possuem poucos elétrons na camada de valência (em sua maioria não ultrapassam três), que por sua vez é bem afastada do núcleo, conseqüentemente atrai poucos elétrons. O resultado é a formação de um “mar” de elétrons que circulam livremente pelo reticulado, caracterizando a ligação metálica que une tais elétrons fortemente.

Quando submetidos a uma voltagem externa, esses elétrons livres dirigem-se ao pólo positivo da fonte externa. Esse movimento dos elétrons é o que chamamos de corrente elétrica (i). A dificuldade que um material apresenta à passagem da corrente elétrica é chamada de resistência elétrica (R). Por isso os metais são considerados bons condutores, pois os elétrons circulam livremente no reticulado.

No entanto a resistência elétrica pode ser afetada por alguns fatores como a pressão, temperatura e intensidade luminosa.

Um tipo de dispositivo criado em função da variação da resistência através da pressão são os microfones piezoresistivos (sendo o próprio sufixo piezo do grego que significa pressão), feitos com carvão. Quando as ondas sonoras incidem sobre o diafragma metálico, os grãos de carvão, compostos de carbono, são comprimidos e descomprimidos se tornando mais ou menos densos de acordo com o movimento do diafragma. Com isso, a resistência do carbono é variável, convertendo a tensão da bateria em uma variação de corrente correspondente sendo assim uma representação elétrica do som.

Os materiais variam sua resistência de acordo com a temperatura também, o que pode ser relacionado através da seguinte equação: R = R0(1+α.∆T). Sendo α o coeficiente de temperatura da resistência, característica específica do material. Este coeficiente é extremamente baixo para materiais condutores, como o cobre (α=0,0039), caracterizando uma relação linear, daí serem materiais ôhmicos. Porém há materiais que apresentam tal coeficiente negativo, ou seja, a resistência elétrica decresce com o aumento da temperatura, como é o caso do carbono. Esta é uma característica dos semicondutores, materiais que não apresentam uma relação linear, por isso não ôhmico. Os resistores construídos com estes materiais são chamados termistores ou NTC (Negative Temperature Coefficient), constituídos por misturas de óxidos de manganês, níquel, cobalto, etc.

Há ainda materiais que variam sua resistência de acordo com a intensidade luminosa incidida sobre ele, o fotocondutor. Sendo este então, outro resistor tipo NTC, convertendo energia luminosa na forma de energia elétrica. O exemplo de fotocondutor é o LDR (Light Dependent Resistor). Este diminui a resistividade quando sobre ele incide energia luminosa. Isto possibilita a utilização deste componente para desenvolver um sensor que é ativado (ou desativado) quando sobre ele incidir energia luminosa. É composto de um material semicondutor e com ele pode-se fazer o controle automático de porta, alarme contra ladrão, controle de iluminação em um recinto, contagem industrial, controle de iluminação pública.

Estes materiais são sólidos ou líquidos, capazes de sofrer grandes alterações em sua condutividade, pois a quantidade de energia necessária para retirar um elétron da banda de valência e levá-lo para a banda de condução é intermediária entre a energia necessária para o isolante e o condutor. Em baixas temperaturas, os semicondutores puros comportam-se como isolantes. Sobre temperaturas mais altas, ou luz ou com a adição de impurezas, porém, pode ser aumentada drasticamente a sua condutividade, podendo-se alcançar níveis que se aproximam dos metais.

OBJETIVO

O objetivo desta prática foi analisar a variação da resistividade dos materiais semicondutores à passagem do fluxo de elétrons influenciada por dois fatores: temperatura e intensidade luminosa.

MATERIAIS E MÉTODOS

Materiais: Fonte de luz, LDR (light dependent resistor), NTC (negative temperature coefficient), termômetro, Becker, aquecedor de imersão, caixinha com carvão, multímetro, fonte de tensão variável, cabos elétricos, conexões tipo jacaré, tripés e suportes fixadores para montagem dos circuitos.

Métodos: Primeiramente foi analisada a resistência de um termistor ou NTC (Negative Temperature Coefficient), ou seja, um resistor, cuja função é oferecer uma resistência específica, possível por ser formado por materiais semicondutores. Em seguida foi analisada a resistência de um fotoresistor ou fotocondutor ou LDR (Light Dependent Resistor).

1. Variação da resistência elétrica com a temperatura: Em um béquer foi colocado aproximadamente 800 ml de água, que foi aquecida até 100°C. Dentro do béquer posicionou-se um termômetro e os terminais do NTC ligados ao ohmímetro. Em seguida colocou-se gelo, tomando o cuidado de mexer para que a mistura permanecesse com temperatura homogênea, e a cada decréscimo de 10°C anotou-se os valores da resistência elétrica do NTC. Estes valores são apresentados na Tabela 1.

2. Variação da resistência elétrica com a intensidade luminosa: Posicionou-se uma lâmpada a variadas distâncias entre 90 e 20 cm, de um material LDR acoplado ao ohmímetro. E anotaram-se as variações de sua resistividade. Estes valores apresentados na Tabela 2.

RESULTADOS

Tabela 1. Variação da resistência elétrica com a temperatura.

T (°C) T (K) R (Ω)

90 363 01.8

80 353 02.2

70 343 03.0

60 333 03.7

50 323 04.3

40 313 06.3

30 303 08.4

Gráfico 1