FÍSICA
3ª SÉRIE
SUPERCONDUTORES E SEMICONDUTORES
AULA 46
OBJETIVO DA AULA
d26 - Reconhecer o princípio de funcionamento de sistemas de automação.
Entender o que são semicondutores e supercondutores e suas aplicações.
PARA INÍCIO DE CONVERSA
Respondam para o(a) professor(a): em quais aparelhos tecnológicos atuais usamos o LED?
Praticamente em todos os aparelhos eletrônicos, estão em telas, luzes, sinalizadores, flash de câmeras fotográficas.
Atualmente, temos vários aparelhos que usam LED’s. A sigla LED significa “Light-Emiting Diode”, em português diodo emissor de luz. Diodos são aparelhos construídos com semicondutores assim como os transistores.
SEMICONDUTORES
Os LEDs presentes nas telas, são feitos de materiais com condutividade elétrica intermediária, em certas condições, são condutores, em outras são isolantes, chamados de semicondutores.
Os materiais mais comuns semicondutores são feitos de silício (Si) e de germânio (Ge). Os átomos semicondutores possuem quatro elétrons em sua camada de valência.
O primeiro semicondutor foi inventado em 1948, pelos físicos americanos John Bardeen, Walter Houser Brattain e William Shockley que construíram o primeiro transistor, pelo que obtiveram em conjunto o Prêmio Nobel da Física em 1956.
SEMICONDUTORES
Pode-se classificar os semicondutores em:
Intrínseco: sua estrutura é formada por um único tipo de átomo.
Extrínseco: são adicionadas impurezas num processo conhecido como dopagem.
Tipo P: dopa-se com um átomo trivalente, gerando buracos (lacunas), que produzem o fluxo de elétrons.
Tipo N: dopa-se com um átomo pentavalente, deixando um elétron livre para deslocar-se na rede cristalina.
USOS DOS SEMICONDUTORES
Os semicondutores são usados, em dois tipos de componentes eletrônicos: diodos e transistores.
Os diodos são produzidos pela junção de um semicondutor p com um n (PN), controlam a corrente elétrica em sistemas, como o carregador de celular.
Os transistores têm junção do tipo: NPN ou PNP. Permitem a análise matemática, a lógica de sinais elétricos, usados em processadores eletrônicos, memórias (TV, computador, celular, eletrodomésticos).
TRANSISTORES E DIODOS
Descreva para o(a) professor(a), quais componentes de seu celular fazem uso de semicondutores?
Sugestão de Resposta:
A câmera fotográfica, o processador, a memória, a tela, as luzes de sinalização.
PARA PENSAR!
Respondam para o(a) professor(a): por que é possível em baixa altitude este trem mover-se com tamanha velocidade?
Como ele levita sobre os trilhos, tem apenas a resistência aerodinâmica para limitar sua velocidade, não há outro tipo de atrito.
Você sabe o que é um maglev?
É um trem que levita magneticamente sobre os trilhos. No Japão, este trem já atingiu a velocidade de 603 km/h num teste tripulado. Para levitar ele usa um sistema de supercondutores.
SUPERCONDUTORES
Em abril de 1911 o físico alemão Heike Kamerlingh Onnes, percebeu que a 4 K(-269 ℃), o mercúrio apresentou resistência elétrica nula.
Em 1933, Walther Meissner e Robert Ochsenfeld, verificaram que materiais supercondutores expelem campos magnéticos de seu interior (efeito Meissner).
SUPERCONDUTORES
Ainda não temos uma teoria que explique a supercondutividade de forma satisfatória.
Há a teoria BCS, que funciona apenas para metais.
Sabe-se que estes materiais apresentam resistência elétrica nula ou muito baixa.
SUPERCONDUTORES
Atualmente pesquisadores ainda procuram um material supercondutor a temperatura ambiente, aproximadamente 300 K.
Este material iria revolucionar a tecnologia, permitindo sistemas muito mais eficientes de transporte, geração de energia, processamento de dados.
Na condução de corrente elétrica, os fios de cobre apresentam resistência à passagem de corrente elétrica, que acaba gerando perda de energia. Supercondutores apresentam resistência baixa ou nula à passagem de corrente e não há perda de energia elétrica.
SUPERCONDUTIVIDADE
Pense e responda: qual a diferença principal entre utilizar fios de cobre para transporte de energia e usar supercondutores?
Sugestão de resposta:
Professor, caso tenha alguma sugestão ou elogio para esta aula, acesse: https://forms.gle/ZuC8G4UPYMEdztJy5
Na aula de hoje, estudamos um pouco sobre os semicondutores e os supercondutores.
O QUE VIMOS?
REFERÊNCIAS