Eletronica Senai fasciculos 1 ao 73

Eletronica Senai fasciculos 1 ao 73

(Parte 1 de 3)

Sumário

Introdução 5 Matéria 6

Estrutura da matéria 6 Constituição da molécula 8

Átomos 10

Massa das partículas subatômicas 10 A estrutura do átomo 1 Equilíbrio elétrico de um átomo 14

Apêndice 17

Questionário 17 Bibliografia 17

Espaço SENAI

Contribuir para o fortalecimento da indústria e o desenvolvimento
pleno e sustentável do País, promovendo a educação para o trabalho e a
cidadania, a assistência técnica e tecnológica, a produção e disseminação
de informação e a adequação, geração e difusão de tecnologia.

Missão do Sistema SENAI

Nosso negócio Educação para o Trabalho e Cidadania.

Série de Eletrônica

Introdução

Quando ligamos a televisão, o rádio ou o computador, estamos utilizando eletricidade. Seria muito difícil imaginar o mundo de hoje sem a eletricidade.

Este fascículo foi elaborado para que o leitor compreenda melhor os fenômenos elétricos e suas aplicações na vida prática. Para isso, é necessário que o leitor entenda de que e como a matéria é constituída.

Sendo este o primeiro fascículo da Série de Eletrônica, os conhecimentos nele contidos são muito importantes para os estudos que se seguirão.

Estrutura da matéria

Matéria

O termo matéria é empregado genericamente a qualquer substância existente na natureza independentemente do seu estado (sólido, líquido ou gasoso). A Fig.1 mostra alguns exemplos.

Fig.1 Exemplos de matéria.

A forma como a matéria se comporta física, química ou eletricamente na natureza depende da sua estrutura. O conhecimento da estrutura da matéria, em muitas ocasiões, é indispensável para a compreensão do comportamento dos componentes nos circuitos elétricos.

Qualquer porção de matéria pode ser dividida sucessivamente em partes cada vez menores. Por exemplo, uma grande quantidade de água pode ser dividida em várias porções cada uma com um metro cúbico. Cada metro cúbico de água, por sua vez, pode ser dividido em litros, que também podem ser divididos em copos e daí em gotas etc.

Série de Eletrônica

Em qualquer uma destas divisões, a quantidade separada (o metro cúbico, o litro, o copo etc.) continua sendo água, como ilustrado na Fig.2.

Fig.2 Diferentes quantidades de água.

Com o auxílio de equipamentos de laboratório, uma simples gota de água pode ainda ser dividida sucessivamente em muitas outras pequenas partes, que ainda continuarão sendo, cada uma delas, água. Entretanto, se a divisão sucessiva continuar, em um dado momento acontecerá um fenômeno interessante. Ao dividir uma porção infinitamente pequena de água, o resultado da divisão deixará de ser duas porções menores de água. Isso significa que a pequeníssima porção de água que se tinha antes da divisão era a menor porção desta substância que ainda mantinha as características iniciais. Esta pequena porção é denominada de molécula.

Molécula é a menor porção de uma substância que ainda conserva as suas propriedades iniciais.

A molécula é infinitamente pequena, tão pequena que sob certas condições em 1 litro de oxigênio, por exemplo, existe algo da ordem de 1022 moléculas. Todos os materiais ou substâncias com os quais o homem tem contato são constituídos por um número extremamente grande de moléculas.

Estrutura da matéria

A divisão de uma molécula dá origem a duas ou mais partes menores que podem ser chamadas de partículas. Estas partículas são denominadas de átomos.

Átomos são partículas que constituem uma molécula.

Considerando que a molécula é muito pequena, conclui-se portanto que suas partículas constituintes, os átomos, são menores ainda. Para dar uma idéia do tamanho relativo destas pequenas partículas, basta considerar que, se 100 milhões de átomos fossem colocados lado a lado, formariam um segmento de reta de aproximadamente 1cm de comprimento.

Através de pesquisas científicas, verificou-se que existem na natureza 87 tipos distintos de átomos. Além destes 87 tipos, existem ainda outros produzidos artificialmente em laboratório, que são instáveis, ou seja, eles existem apenas durante um curto período de tempo. Os diversos tipos de átomos são agrupados em uma tabela denominada de Tabela Periódica dos Elementos Químicos, conforme se pode observar no diagrama ilustrado na Fig.3.

Fig.3 Tabela periódica dos elementos químicos. 8

Série de Eletrônica

Na tabela periódica, cada elemento químico é representado por um símbolo. A Tabela 1 mostra alguns exemplos de elementos químicos e os símbolos utilizados para representá-los.

Tabela 1 Alguns exemplos de elementos químicos com os respectivos símbolos. Elemento Hidrogênio Oxigênio Carbono Cobre Silício Cobalto Símbolo H O C Cu Si Co

Os átomos unem-se entre si em diferentes arranjos, dando origem às moléculas de todas as substâncias da natureza. Um exemplo bastante importante da união de átomos na formação de uma molécula é a união de dois átomos de hidrogênio (H) com um de oxigênio (O). A molécula formada é a da água, ilustrada na Fig.4, cuja fórmula química obtida é a bem conhecida H2O.

H Fig.4 Molécula da água.

Estrutura da matéria

Átomos

As partículas que constituem as moléculas foram denominadas pelos gregos de átomos. Eles acreditavam serem estas as menores partículas do universo, não podendo portanto serem divididas. Entretanto, com o desenvolvimento dos métodos de pesquisa científicas verificou-se que os átomos também são constituídos por partículas menores, denominadas de partículas subatômicas. Estas partículas subatômicas são os prótons, os elétrons e os nêutrons. Cada uma destas partículas subatômicas tem características próprias. A Tabela 2 mostra as características elétricas destas três partículas.

Tabela 2 Características elétricas do próton, elétron e nêutron.

Partícula Propriedade elétrica

Próton Possui carga elétrica positiva. Adota-se por convenção o valor (+1) para a quantidade de carga do próton.

Elétron Possui a mesma quantidade de carga do próton, mas um sinal negativo, isto é, a carga do elétron vale (−1) de acordo com a convenção utilizada.

Nêutron É uma partícula subatômica que não possui carga elétrica.

Como as partículas subatômicas são muito pequenas, suas massas não podem ser determinadas em função das unidades normais de massa (quilograma, grama, miligrama etc.). Por esta razão, convencionou-se uma unidade específica para definir a massa das partículas subatômicas: a unidade de massa atômica, abreviadamente u.m.a. A massa de cada partícula subatômica está especificada na Tabela 3.

Tabela 3 Massa do próton, do elétron e do nêutron.

Partícula Massa

Próton Possui uma massa correspondente a 1 u.m.a. Elétron Possui uma massa equivalente à fração 1/1836 da massa do próton Nêutron Possui uma massa correspondente a 1 u.m.a.

Série de Eletrônica

A forma como as partículas subatômicas estão organizadas em um átomo, em muito se assemelha à configuração do sistema solar do qual a Terra faz parte, como mostrado na Fig.5.

PlutãoNetuno

Urano Saturno

Júpiter

Asteróides Marte

Terra

Vênus Mercúrio

Sol

Fig.5 O Sistema solar.

O sistema solar é composto pelo Sol, que ocupa a região central ou núcleo do sistema, e dos planetas que giram ao seu redor em trajetórias que formam órbitas fechadas, como se pode ver na Fig.6.

Sol

Mercúrio Vênus

Terra

Netuno

Urano Saturno

Júpiter

Plutão Marte

Fig.6 O sistema solar. 1

Estrutura da matéria

Como se pode observar na Fig.7, no átomo os prótons e nêutrons se reúnem na região central formando o núcleo.

Fig.7 O núcleo do átomo.

Núcleo é a região central do átomo, sendo formado pelo agrupamento de prótons e nêutrons.

Os elétrons, assim como os planetas do sistema solar, giram ao redor do núcleo, descrevendo trajetórias denominadas de órbitas.

A região do espaço ao redor do núcleo onde os elétrons se movimentam é denominada de eletrosfera.

Eletrosfera é a região do espaço ao redor do núcleo onde os elétrons se movimentam.

Observando o átomo, verifica-se que as partículas de maiores massas, o próton e o nêutron, localizam-se no núcleo. Por esta razão, pode-se dizer que praticamente toda a massa de um átomo está concentrada no seu núcleo. Os elétrons que orbitam ao redor do núcleo do átomo estão distribuídos em camadas ou níveis energéticos.

De acordo com o número de elétrons, a eletrosfera pode apresentar de 1 a 7 níveis energéticos, denominados de nível K, L, M, N, O, P e Q.

Série de Eletrônica

A Fig.8 mostra os átomos de alguns elementos químicos com as respectivas distribuições de elétrons nas camadas.

Neônio (Ne)

10 prótons 10 elétrons

Silício (Si) 14 prótons 14 elétrons

Cobre (Cu) 29 prótons 29 elétrons

Camada K

Camada K Camada L

Camada M

Camada L

Hélio (He)

2 prótons 2 elétrons

Fig.8 Átomos de Hélio (He), Neônio (Ne), Silício (Si) e Cobre (Cu).

A distribuição dos elétrons nos diversos níveis obedece a condições bem definidas. A regra mais importante referente à estrutura atômica e de importância na compreensão dos fenômenos da eletricidade e da eletrônica, é a que diz respeito ao nível energético mais distante do núcleo ou camada externa. Esta regra diz que a camada energética mais externa de um átomo pode acomodar no máximo 8 elétrons.

Estrutura da matéria

Todas as reações químicas e elétricas, com exceção das reações nucleares, se processam na camada mais externa do átomo, denominada de camada ou nível de valência, conforme ilustrado na Fig.9.

Sódio (Na)Cobre (Cu)

Camada de valência

Lítio (Li) Fig.9 Camada de valência de alguns átomos.

A camada externa da eletrosfera onde se realizam as reações químicas e elétricas se denomina de camada de valência.

Das três partículas subatômicas, apenas o próton e o elétron possuem carga elétrica. Em condições normais, os átomos tendem a assumir uma condição de neutralidade ou equilíbrio elétrico, de forma que o número total de prótons no núcleo é igual ao número de elétrons na eletrosfera. Quando esta condição ocorre, o átomo está eletricamente neutro ou equilibrado.

Um átomo está em equilíbrio elétrico quando o número de elétrons na eletrosfera é igual ao número de prótons no núcleo. Os nêutrons no núcleo, sendo eletricamente neutros, não interferem no equilíbrio elétrico do átomo.

Série de Eletrônica

A Tabela 4 apresenta alguns exemplos de átomos eletricamente equilibrados.

Tabela 4 Exemplos de átomos eletricamente equilibrados.

Elemento Símbolo Número de prótons

Número de elétrons Carga total do átomo

Hidrogênio H 1 1 +1 − 1= 0

Ferro Fe 26 26 +26 − 26 = 0 Cobre Cu 29 29 +29 − 29 = 0 Alumínio Al 13 13 +13 − 13 = 0

Através de forças externas de origem magnética, térmica ou química, é possível retirar ou acrescentar elétrons na camada de valência de um átomo, fazendo com que haja um desequilíbrio elétrico. Quando, por um processo qualquer, um elétron é retirado da camada de valência, o átomo passa a estar carregado positivamente (um elétron a menos). Este átomo, ilustrado na Fig.10, passa a chamar-se de íon positivo.

Elétron liberado

Átomo adquire carga positiva

Fig.10 Átomo com carga positiva.

Íon positivo é um átomo com uma deficiência de um ou mais elétrons, tornando-se eletricamente positivo.

Estrutura da matéria

Da mesma forma, quando um elétron é colocado por um processo qualquer na última camada de um átomo, este átomo carregado negativamente é então chamado de íon negativo. A Fig.1 mostra um átomo com carga negativa.

Elétron capturado

Átomo adquire carga negativa

Fig.1 Átomo com carga negativa.

Íon negativo é um átomo com um excesso de um ou mais elétrons, tornando-se eletricamente negativo.

Qualquer átomo que esteja desequilibrado eletricamente é um íon. A transformação de um átomo em um íon é sempre causada por processos externos ao átomo. Uma vez terminado o processo causador do desequilíbrio elétrico, há uma tendência natural do átomo em atingir o equilíbrio elétrico, cedendo ou recuperando os elétrons necessários a sua neutralidade elétrica.

Os átomos sempre procuram atingir a estrutura estável eletricamente neutra.

Série de Eletrônica

Apêndice

1. O que são moléculas e de que são constituídas? 2. De que é formado o núcleo do átomo?

3. Que nome se dá à região do espaço ao redor do núcleo onde os elétrons se movimentam?

SCHUSTER, KARL. Constituição da Matéria: EP 01 [Aufbau der Materie]

Traduzido e adaptado pelo Setor de Divulgação Tecnológica, Siemens. 2.a ed. São Paulo, Siemens/Edgard Blücher, 1977, 62p.

VAN VALKENBURG, NOOGER & NEVILLE. Eletricidade Básica, 15.a ed., São Paulo, Freitas Bastos, vol. 1, 1970.

Sumário

Introdução 5 Tensão elétrica 6

Eletrização de um corpo 6 Eletrização por atrito 8 Atração e repulsão entre cargas elétricas 9 Potencial elétrico 10

Relação entre desequilíbrio e potencial elétrico 12

Unidade de medida de tensão 14 Fontes geradoras de tensão 17 Pilhas 17 Tensão fornecida por uma pilha 20 Gráfico tensão c versus tempo 20

Apêndice 21

Questionário 21 Bibliografia 21

Missão do Sistema SENAI
Contribuir para o fortalecimento da indústria e o desenvolvimento
pleno e sustentável do País, promovendo a educação para o trabalho e a
cidadania, a assistência técnica e tecnológica, a produção e disseminação
de informação e a adequação, geração e difusão de tecnologia.
A busca constantes da qualidade e a preocupação com o

Espaço SENAI atendimento ao cliente estão presentes nas ações do SENAI.

Série de Eletrônica

Introdução

A tensão, tal como a corrente e a resistência elétrica, é uma grandeza de fundamental importância no estudo da eletricidade e da eletrônica.

Neste fascículo, o leitor aprenderá como uma tensão elétrica pode ser produzida, qual a sua unidade, quais são as suas fontes mais comuns e como esta grandeza pode ser medida.

Para ter sucesso no desenvolvimento do conteúdo e atividades deste fascículo, o leitor já deverá ter conhecimentos relativos a:

Tensão elétrica

Tensão elétrica

Como se sabe, é necessária a existência de uma tensão elétrica para que seja possível o funcionamento de qualquer equipamento elétrico (lâmpadas, televisores, motores, computadores etc.). Nas próximas seções veremos que a tensão elétrica é uma grandeza que pode ser medida, e que tem origem no desequilíbrio elétrico dos corpos.

Tensão elétrica é uma grandeza que pode ser medida e que tem origem no desequilíbrio elétrico dos corpos.

No estado natural, qualquer porção de matéria é eletricamente neutra. Isto significa que, se nenhum agente externo atuar sobre uma determinada porção de matéria, o número total de prótons e elétrons dos seus átomos será igual. A Fig.1 mostra alguns corpos no estado natural e portanto eletricamente neutros.

Vidro Condutor de cobre

Bastão de plástico

Eletricamente neutros no estado Fig.1 Exemplos de corpos neutros.

Série de Eletrônica

Esta condição de equilíbrio elétrico natural da matéria pode ser desfeita, de forma que um corpo deixe de ser neutro e fique carregado eletricamente. O processo através do qual se faz com que um corpo eletricamente neutro fique carregado é denominado de eletrização.

Eletrização é um processo que permite fazer com que um corpo neutro fique eletricamente carregado.

O tipo de carga elétrica (positiva ou negativa) que um corpo assume após sofrer um processo de eletrização depende do tipo do corpo e do processo utilizado. Os processos de eletrização atuam sempre nos elétrons que estão na última camada dos átomos (camada de valência). Quando um processo de eletrização retira elétrons da camada de valência dos átomos o material fica com o número de prótons maior que o número de elétrons. Nestas condições, o corpo fica eletricamente positivo, conforme ilustrado na Fig.2.

Bastão de vidro(neutro)

Bastão de vidro (carregado positivamente)

N° de prótons=N° de elétronsExcesso de prótons

Eletrização por atrito com tecido de seda

Fig.2 Eletrização por atrito produzindo um corpo carregado positivamente.

Na eletrização por retirada de elétrons, o corpo fica carregado positivamente.

Tensão elétrica

Quando um processo de eletrização acrescenta elétrons a um material, o número de elétrons torna-se maior que o número de prótons. Nestas condições, o corpo fica eletricamente negativo, como mostrado na Fig.3.

(Parte 1 de 3)

Comentários