Eletromagnetismo I - Eletrostática
• Parâmetros Constitutivos
• Meios isotrópicos, homogêneos e lineares.
• Bandas de Energia.
• Condutividade de Condutores, Semicondutores e Isolantes.
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Condutividade Elétrica e Lei de Ohm na Forma Pontual (Capítulo 5 – Páginas 114 a 118)
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• Até agora falamos sobre campos eletrostáticos no espaço livre. A partir de agora
passaremos a falar da interação de campos com meios condutores e dielétricos.
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Meios Materiais
• As propriedades dos materiais, no eletromagnetismo, são levadas em conta através
dos parâmetros constitutivos.
• Na eletrostática estes parâmetros são:
• A condutividade do material (σ), dada em Simens.
• A constante dielétrica do material (ε), dada em Farads por metro (F.m-1).
• Na magnetostática será introduzido um outro parâmetro constitutivo: a permeabilidade magnética (µ).
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• Na maioria dos problemas, consideraremos que os materiais são isotrópicos,
homogêneos e lineares.
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• Meios homogêneos são aqueles em que os parâmetros constitutivos possuem o
mesmo valor em todos os pontos.
• Meios lineares são meios onde a resposta do material não depende da intensidade do campo elétrico (ou magnético) aplicado.
Meios materiais
• Meios isotrópicos são aqueles em que os parâmetros constitutivos dentro do material
não dependem da direção espacial.
• Que tipo de campo escalar σ existe em um meio homogêneo?
• Como seriam os parâmetros constitutivos (σ e ε) em um meio anisotrópico?
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• O conhecimento do comportamento dos campos eletrostáticos (e eletromagnéticos)
em:
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Meios materiais
permite compreender o funcionamento e projetar grande parte dos dispositivos
de Engenharia Elétrica e de Telecomunicações, como por exemplo:
① Materiais homogêneos, isotrópicos e lineares (condutores e dielétricos) e
② Na interface entre meios diferentes (condutores e dielétricos),
Antenas FibrasÓpticasGuiasdeOnda
Linhasdetransmissão
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• O tipo de carga disponível para condução de corrente depende do tipo de material:
condutores, semicondutores e isolantes.
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Teoria Microscópica da Condução
• O comportamento elétrico depende da quantidade de cargas disponíveis para
condução.
• Elétrons de valência estão ‘presos’ nas ligações
químicas.
• Elétrons de condução são livres para se mover ao
longo do material
Elétronsnaestruturacristalinadosilício
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• Os elétrons presentes nos materiais podem ter diferentes energias, dentro de certas
faixas (bandas de energia).
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Teoria Microscópica da Condução
• Elétrons de valência só têm valores de energia dentro da banda de valência e elétrons
de condução só têm valores de energia dentro da banda de condução.
• A dopagem destes materiais introduz elétrons na banda de condução e/ou lacunas na
banda de valência.
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• Em bons condutores a energia que os elétrons precisam adquirir para passar da banda
de valência para a de condução é pequena.
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Teoria Microscópica da Condução
• Em materiais dielétricos, há uma banda de energias proibidas grande entre a banda
de valência e a de condução. A banda de condução no geral é completamente vazia.
• A energia térmica e a energia fornecida pelo Campo Elétrico são suficientes para que
muitos elétrons passem para a banda de condução.
• Em materiais semicondutores, a banda de energias proibidas é menor do que a dos
isolantes. • A energia térmica é suficiente para que uma quantidade pequena de elétrons passe
para a banda de condução.
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• A condutividade elétrica varia em várias ordens de grandeza para diferentes materiais.
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Condutividade
• Para bons condutores, a condutividade
é maior do que 104 S/m.
• Para bons isolantes, a condutividade é
menor do que 10-4 S/m.