Fisica3 (Eletromagnetismo)

CORRENTE E RESI
Exemplo ,
e-
Taxa de dissipação de energia em um fio percorrido por corrente
e­
e.
m
IO
e
:le
a
}-
Um pedaço de fio resistivo, feito de uma liga de níquel,
cromo e ferro chamada de Nichrome, tem uma resistência
de 72 Q. Determine a taxa com a qual a energia é
dissipada nas seguintes situações: (1) uma diferença de
potencial de 120 V é aplicada às extremidades do fio; (2)
o fio é cortado pela metade e diferenças de potencial de
120 V são aplicadas às extremidades dos dois pedaços
resultantes.
IDEIA- CHAVE
Uma corrente em um material resistivo produz uma
conversão de energia mecânica em energia térmica; a
taxa de conversão (dissipação) é dada pelas Eqs. 26-26
a 26-28.
Cálculos Como conhecemos o potencial V e a resistência
R, usamos a Eq. 26-28, que nos dá, para a situação 1,
p = v2 = (120 V)2 = 200 W.
R nn
(Resposta)
Na situação 2, a resistência de cada metade do fio é
72/2 = 36 Q. Assim, a dissipação para cada metade é
e para as duas metades é
P' = (120 V)2 = 400 W,
36D
P = 2P' = 800 W.
(Resposta)
Este valor é quatro vezes maior que a dissipação do fio inteiro.
À primeira vista pode parecer que se você comprar
uma resistência de aquecimento, cortá-la ao meio e tornar
a ligá-la aos mesmos terminais, terá quatro vezes mais calor.
Por que não é aconselhável fazer isso? (O que acontece
com a corrente que atravessa a resistência?)
26-8 Semicondutores
e
l-­
a
a
o
a
O
Os semicondutores são os principais responsáveis pela revolução da microeletrônica,
que nos trouxe a era da informação. Na Tabela 26-2, as propriedades do silício, um
ernicondutor típico, são comparadas com as do cobre, um condutor metálico típico.
Vemos que o silício possui um número muito menor de portadores de carga, uma
resistividade muito maior e um coeficiente de temperatura da resistividade que é ao
mesmo tempo elevado e negativo. Assim, enquanto a resistividade do cobre aumenta
quando a temperatura aumenta, a resistividade do silício diminui.
O silício puro possui uma resistividade tão alta que se comporta quase como um
· olante e, portanto, não tem muita utilidade em circuitos eletrônicos. Entretanto, essa
resistividade pode ser reduzida de forma controlada pela adição de certas "impurezas",
um processo conhecido como dopagem. A Tabela 26-1 mostra valores típicos
da resistividade do silício puro e dopado com duas impurezas diferentes.
Podemos explicar qualitativamente a diferença entre a resistividade (e, portanto,
condutividade) dos semicondutores e a dos isolantes e dos condutores metálicos em
rermos da energia dos elétrons. (Uma análise quantitativa exigiria o uso das equações
física quântica.) Em um condutor metálico como um fio de cobre, quase todos os
elétrons estão firmemente presos aos átomos da rede cristalina; seria necessária uma
energia muito grande para que esses elétrons se libertassem dos átomos e pudessem
participar da corrente elétrica. Entretanto, existem alguns elétrons que estão fracamente
presos aos átomos e precisam de muito pouca energia para se libertar. Essa
energia pode ser a energia térmica ou a energia fornecida por um campo elétrico
Tabela 26-2
gumas Propriedades Elétricas do Cobre e do Silício
Propriedade
- q>ü de material
::Jensidade de portadores de carga, m- 3
e istividade, Q · m
oeficiente de temperatura da resistividade, K- 1
Cobre
Silício
Metal Semicondutor
8,49 X 10 28 1 X 1Q 16
1,69 X 10 - s 2,5 X 10 3
+4,3 X 10 - 3 - 70 X 10 - 3