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Eletrônica Analógica Prof. Arnaldo I. T. Consultant I. I. A. Consultant.

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1 Eletrônica Analógica Prof. Arnaldo I. T. Consultant I. I. A. Consultant

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3 Físico - - Química dosMateriais

4 A Existência da Corrente Elétrica no interiorA Existência da Corrente Elétrica no interior das Estruturas Atômicas que formatam físico-quimicamente os Materiais usados nos Componentes dos Circuitos Eletroeletrônicos pode ser descrita observando-se a própria Trajetória da Evolução Científica que, ao longo dos tempos, foi propondo as mais variadas Modelagens Atômicas Fundamentais, com o intuito de se entender & explicar a Composição Fundamental da Matéria & também os vários Fenômenos Físicos que a envolvem, tal como, os próprios Métodos de Obtenção & Condução da Corrente Elétrica pelos Corpos ;

5 OBJETOS DE ESTUDO PRINCIPAIS OBJETOS DE ESTUDO PRINCIPAIS : Segmento qualquer de Material Condutor Elétrico submetidoNíveis Controlados de Tensão Elétrica submetido a Níveis Controlados de Tensão Elétrica assim como aos seus Principais Comportamentos Físico-Químicos Operacionais Comportamentos Físico-Químicos Operacionais ; Prata ( Ag ) Ouro ( Au ) Platina ( Pt ) Cobre ( Cu ) Alumínio ( Al ) Tungstênio ( W ) Níquel ( Ni ) Cádmio ( Cd ) Ligas Metálicas Física ClássicaMateriaisMoléculas Física Clássica : Materiais formados apenas por Moléculas, ÁtomosPrótonsElétronsNêutrons Átomos, Prótons, Elétrons & Nêutrons ; IsolanteExternoBlindagemInternaMaterialDielétricoCondutorMetálico Cabo Coaxial para Distribuição de Energia

6 Durante toda a Trajetória de Desenvolvimento & Evolução Científica da Físico-Química foram propostos vários Tipos de Modelagens Atômicas Fundamentais, com o intuito de se entender & também de explicar, plausivelmente, as Origens, os Métodos de Obtenção, assim como a própria Composição Fundamental da Matéria ; Inicialmente, de Formas Filosóficas, como Leucipo & Demócrito (450 A.C.), posteriormente de Modos Científicos, através dos Modelos Atômicos de Dalton (Modelo da Bola de Bilhar ), de Thompson (Modelo Pudim de Passas ), de Rutherford (Modelo Planetário – 1911) & de Bohr (Modelo Planetário Energético – 1913), muitas foram as Contribuições Científicas Ad hoc que vieram se tornar as Referências Técnicas dos Estudos da Atomística & da Matéria ; Referências Técnicas dos Estudos da Atomística & da Matéria ; Rutherford1911 Bohr1913 e- Núcleo + Órbitas Secundárias Núcleo Positivo Prótons e-

7 Modelo Atômico de Sommerfeld ( Divulgação Científica ) Órbitas Eletrônicas Elípticas Estrutura Atômica μ -Segmento Diagrama Esquemático Padrão para a Estrutura Atômica de um μ -Segmento Material Condutor Elétrico Deslocamentos Eletrônicos desordenados de Material Condutor Elétrico, aonde estão demonstrados os possíveis Deslocamentos Eletrônicos desordenados Material em Repouso ( típicos de um Material em Repouso ) elétron Núcleo Prótons&Nêutrons

8 ORBITAIS Elétrons se movimentando com vários valores de Momento Angular, ocupando Regiões E.E. específicas existentes nos Espaços Internos disponíveis,dentro das com vários valores de Momento Angular, ocupando Regiões E.E. específicas existentes nos Espaços Internos disponíveis, dentro das Estruturas Atômicas dos Materiais Descartando Idéias sobre Órbitas Eletrônicas Precisas (Circulares ou Elípticas), este Modelo propõem Regiões Espaciais Delimitadas Energeticamente (Orbitais), aonde seria muito mais provável encontrar elétrons deslocando-se desordenadamente, a partir de inúmeras Variações Comportamentais Imprevisíveis características às Partículas Atômicas já conhecidas &/ou mesmo às próprias Influências de Ondas Eletromagnéticas previamente definidas. NúcleoAtômico RegiõesOrbitais Modelo Atômico de Schrödinger Modelo Atômico de Schrödinger

9 A partir de 1926, o Modelo Atômico de Schröndinger se tornaria aquele mais aceito pela Comunidade Científica, sendo implementado a partir de um Modelo Estrutural de Caráter Matemático-Probabilístico que estaria diretamente baseado nos seguintes Princípios Científicos : __ Princípio da Incerteza de Heisenberg : Seria impossível determinar, __ Princípio da Incerteza de Heisenberg : Seria impossível determinar, simultaneamente & com total precisão, a Posição & a Velocidade de um elétron dentro dos μ -espaços existentes em uma Estrutura Atômica qualquer, a partir de um determinado instante de tempo convencional ; __ Princípio da Dualidade da Matéria de Louis de Broglie : Aonde os __ Princípio da Dualidade da Matéria de Louis de Broglie : Aonde os elétrons poderiam apresentar Características Físico-Químicas DUAIS, capazes de se comportar operacionalmente como Matéria & Energia & assim sendo, deveriam ser tratados como Partículas-Onda Elementares ; # O Conceito dos Orbitais de Schröndinger, preconiza que EXISTEM # O Conceito dos Orbitais de Schröndinger, preconiza que EXISTEM certas Regiões do Espaço Sub-dimensional, em torno do Núcleo da certas Regiões do Espaço Sub-dimensional, em torno do Núcleo da Estrutura Atômica, aonde seriam muito maiores & plausíveis as Probabilidades Técnicas de se investigar & comprovar, com sucesso, a existência de elétrons aptos a se deslocarem de suas Órbitas & que seriam capazes de provocar Ações Físico-Químicas relevantes; seriam capazes de provocar Ações Físico-Químicas relevantes ;

10 Modelagem Sub-Atômica Gell-Mann / Zweig Modelo Atômico Atualreúne Conhecimentos da Teoria Quântica incluindo Modelo Atômico Atual que reúne os Conhecimentos da Teoria Quântica, incluindo os Conceitos relativos às Interações FortesCromodinâmica QuânticaTeoria Unificada Interações Fortes (Cromodinâmica Quântica) com a Teoria Unificada Interações Fracas relacionada às Interações Fracas Forças Eletromagnéticas & às Forças Eletromagnéticas Padrão Atual de Modelo Atômico 1964 / 1968

11 Em função dos próprios Níveis de Ação característicos das principais Forças Interativas Fundamentais da Matéria ( Forças Gravitacional, Eletromagnética, Forte & Fraca ) Devido ao Número de Partículas Atômicas & Sub-Atômicas Fundamentais ou Não, ser cada vez mais Crescente Pelos Comportamentos Físico-Químicos DUAIS caracteristicamente apresentados pelos elétrons... Impossível definir uma Modelagem Única & Definitiva Impossível definir uma Modelagem Única & Definitiva capaz de representar tecnicamente, de maneira simples, consistente & padronizada, TODAS as Principais Estruturas da Matéria, com seus Níveis Atômicos & Sub-Atômicos ! ! !

12 ConfiguraçõesOscilatórias para as principais Freqüências Operacionais das Ondas Eletromagnéticas produzidas por elétrons confinados dentro de suas Estruturas Atômicas, de acordo com os seus principais Estados Quânticos, seus sucessivos Níveis de Energia, & Interatividade Eletromagnética em relação aos Núcleos Atômicos dos mais variados Materiais

13 Mapa Conceitual da Estrutura Atômica ( Ano 2008 ) Estruturas Atômicas Matéria MoléculasEstruturas Moleculares

14 Interações Fundamentais da Matéria

15 Em 1820, Michael Faraday já havia proposto experimentalmente todo o Conceito das Linhas de Força Elétrica, através dos Princípios Técnicos a seguir : Princípios Técnicos a seguir : Em cada Ponto do Espaço, a direção do Campo Elétrico seria Em cada Ponto do Espaço, a direção do Campo Elétrico seria determinada pela tangente relativa às Linhas de Força ; determinada pela tangente relativa às Linhas de Força ; Em cada Ponto do Espaço, o valor do Campo Elétrico seria Em cada Ponto do Espaço, o valor do Campo Elétrico seria determinado pelo No.o de Linhas de Força por Unidade de Área ; Assim : Quanto maior a Densidade das Linhas de Campo, maior seria a própria Intensidade do Campo Elétrico envolvido ; q1 = 16,0 μ C q2 = - 16,0 μ C q2 = 16,0 μ C

16 Carga ElétricaMagnéticaGravitacionalmodifica o Espaço em torno de Carga Elétrica, Magnética ou Gravitacional modifica o Espaço em torno de si& talModificação Físicasemanifestana forma de Campos E / M / G; si & tal Modificação Física se manifesta na forma de Campos E / M / G ; Linhas de ForçaRepresentação Geométrica das Influências As Linhas de Força são apenas Representação Geométrica das Influências de Campos Eletromagnéticos dentro do Espaço Físico de Interação; de Campos Eletromagnéticos dentro do Espaço Físico de Interação ; Linhas de Força não se cruzam & não desaparecem no Espaço : àquelas de Linhas de Força não se cruzam & não desaparecem no Espaço : àquelas de Natureza Elétrica se originariam nas Cargas Positivas & se projetariam até as Cargas Negativas, enquanto àquelas de Origem Magnética se originariam em um Pólo Norte & se projetariam até um Pólo Sul ; A Intensidade de um Campo depende da Densidade das Linhas de Força : A Intensidade de um Campo depende da Densidade das Linhas de Força : em Regiões onde tais Linhas próximas umas das outras, o Campo é em Regiões onde tais Linhas estão próximas umas das outras, o Campo é Forte & aonde as Linhas estiverem afastadas umas das outras, o Campo fatalmente Fraco ; fatalmente será Fraco ; Caso haja, na Região de Abrangênciado Campo, uma 2ª. Carga de mesma Caso haja, na Região de Abrangência do Campo, uma 2ª. Carga de mesma Natureza E / M / G, o Campo da 1ª. Carga irá exercer Influência Direta Natureza E / M / G, o Campo da 1ª. Carga irá exercer Influência Direta sobre 2ª. Carga, gerando uma Força (exclusiva/ de Atração no caso Gravitacional a 2ª. Carga, gerando uma Força (exclusiva/ de Atração no caso Gravitacional & de Atração ou Repulsão nos casos de Campo Elétrico & Magnético) ; Este Efeito será Recíproco entre Cargas, pois a 1ª. Carga também será Este Efeito será Recíproco entre Cargas, pois a 1ª. Carga também será afetada pelo Campo da 2ª. Carga, com Força de Igual Intensidade, na mesma Direção, mas no Sentido Oposto do Campo analisado ; Interações entre Campos & Cargas não ocorrem instantaneamente, mas Interações entre Campos & Cargas não ocorrem instantaneamente, mas se propagam com a Velocidade da Luz ( km /segundo ), que é muito Alta, mas não é Infinita & muito menos Instantânea ! ! !

17 G S E ( V ) E F i ( A ) Material Condutor de formato retilíneosem Material Condutor de formato retilíneo, sem q.q. Influências Termo-MecânicasMeio Externo Influências Termo-Mecânicas do Meio Externo é submetidod.d.p. E (V)f.e.m. submetido a uma d.d.p. E (V) ( f.e.m. ), a partir da Fonte Variável de Tensão Elétrica Gapós Fonte Variável de Tensão Elétrica G, após o fechamentoInterruptor S: fechamento do Interruptor S : milisegundos Em alguns milisegundos, ocorrerão os seguintes Fenômenos Físico-QuímicosCondutor: Fenômenos Físico-Químicos em tal Condutor : AparecimentoCampo Eletromag. E a) Aparecimento do Campo Eletromag. E ; Geração Força Elétrica F b) Geração da Força Elétrica F que aparecerá Oposição VetorialCampo E em Oposição Vetorial ao Campo E ; Força FCoeficiente de c) Força F atua no Coeficiente de Resistência ElétricaMaterial Condutor Resistência Elétrica deste Material Condutor F R Ω [ F R ( Ω ) ] ; Inicialização SimultâneaProcessos F.Q.: d) Inicialização Simultânea dos Processos F.Q. : elétrons Agitação Termo-Mecânica dos elétrons (Regiões Atômicas Orbitais) (em relação às suas Regiões Atômicas Orbitais) ; Força F Orientação Eletrônica em relação à Força F ; Velocidade de Deriva Eletrônica Ação da Velocidade de Deriva Eletrônica ; e)Movimentação Eletrônica Ordenada e) Início da Movimentação Eletrônica Ordenada Força F&Campo E (Sentido da Força F & contrário ao Campo E) ; f)Fluxo E.E.Força F f) Formação do Fluxo E.E. no sentido da Força F ; g)Corrente Elétrica iA g) Estabelecimento da Corrente Elétrica i (A) CondutorCircuito E.E. no Condutor & no próprio Circuito E.E. ; R ( Ω ) CONDUTOR LinhasdeCampoEletroMag. i ( A ) + Experimento Básico Comprovatório

18 Convencionou-se tecnicamente que:Fonte de Convencionou-se tecnicamente que : quando uma Fonte de Energia Elétrica Circuito Eletroeletrônico Energia Elétrica for inserida em um Circuito Eletroeletrônico, esta Indicação do Posicionamentoadotada deve possuir uma Indicação do Posicionamento a ser adotada Pólos PositivosNegativos para seus Pólos Positivos & Negativos, permitindo, desse modo, determinarSentido da Corrente Elétrica circulante determinar o Sentido da Corrente Elétrica circulante no próprio Circuito E.E.; Circuito E.E. que estiver sendo analisado ; Condutorconectado entrePólo Negativo Quando um Condutor for conectado entre o Pólo Negativo & o Pólo PositivoFonte Geradora de f.e.m.Excesso Pólo Positivo de uma Fonte Geradora de f.e.m., o Excesso de Cargas Elétricas Pólo Negativopassaria a fluir Cargas Elétricas presentes no Pólo Negativo passaria a fluir complementandoFalta de elétronsiria se acentuar complementando a Falta de elétrons que iria se acentuar no Pólo PositivoDispositivo Fornecedor de d. d. p.; Pólo Positivo do Dispositivo Fornecedor de d. d. p. ; Sentido Real Corrente Elétrica Condutores ( Sentido Real da Corrente Elétrica nos Condutores ) Convenções Técnicas históricas Em função de Convenções Técnicas históricas, principalmente Eletrônicaconsidera-seCargas Elétricas para o Estudo da Eletrônica, considera-se que as Cargas Elétricas que se movimentamCircuitos E. E.Cargas Positivas que se movimentam nos Circuitos E. E. seriam Cargas Positivas que deslocamPólo Positivoem direçãoPólo Negativo se deslocam do Pólo Positivo em direção ao Pólo Negativo, & que, produziriammesmos Efeitos Eletroeletrônicos na prática, produziriam os mesmos Efeitos Eletroeletrônicos da Existência da Corrente ElétricaCircuito E. E.; Existência da Corrente Elétrica neste mesmo Circuito E. E. ; Sentido Convencional Corrente Elétrica Condutores ( Sentido Convencional da Corrente Elétrica nos Condutores )

19 Níveis Experimentais Facilmente percebe-se, inclusive a Níveis Experimentais, que as próprias Intensidades de Corrente ElétricaMaterial Condutor Intensidades de Corrente Elétrica obtidas para um Material Condutor estão sujeitasNíveis de Variações Controladas estão sujeitas aos Níveis de Variações Controladas que ocorrem durante Processos de AplicaçãoTensões Elétricas Processos de Aplicação das Tensões Elétricas de acordo com as próprias Características Físico-Químicas IntrínsecasCondutor Características Físico-Químicas Intrínsecas deste Condutor ; Comportamento DiferenciadoCorrente Elétrica Este Tipo de Comportamento Diferenciado da Corrente Elétrica se deve aos Níveis de Resistência Elétrica Materiais Condutores Níveis de Resistência Elétrica dos diversos Tipos de Materiais Condutores diretamente relacionados que, por sua vez, também estão diretamente relacionados aos seguintes Aspectos Físico-Químicos & Técnicos Materiais: Aspectos Físico-Químicos & Técnicos dos Materiais empregados: Características Microscópicas Materiais Condutores -- Características Microscópicas dos Materiais Condutores : Organização Atômica Estrutural Interna ; Organização Atômica Estrutural Interna ; Espaçamento Disponível para Movimentação dos elétrons livres ; Espaçamento Disponível para Movimentação dos elétrons livres ; Velocidades Médias de Deriva & de Arrasto de tais elétrons ; Velocidades Médias de Deriva & de Arrasto de tais elétrons ; Número de elétrons livres por Unidade de Volume do Material ;... Número de elétrons livres por Unidade de Volume do Material ;... Características Macroscópicas Materiais Condutores -- Características Macroscópicas dos Materiais Condutores : Tipo & Formato do Material Condutor devidamente utilizado ; Tipo & Formato do Material Condutor devidamente utilizado ; Área da Seção Transversal & Comprimento do Condutor ; Área da Seção Transversal & Comprimento do Condutor ; Condições Operacionais de Temperatura & Umidade ; Condições Operacionais de Temperatura & Umidade ; Existência de Tensões Mecânicas Excessivas neste Condutor ;... Existência de Tensões Mecânicas Excessivas neste Condutor ;...

20 Mas, apenas o Núcleo Atômico produziria TODAS as Interações Fundamentais que inibem ou viabilizam os Comportamentos dos Fluxos Elétricos nos Circuitos Eletroeletrônicos ? ? ? Entendendo-se bem os Efeitos Eletromagnéticos dentro dos Circuitos Eletrônicos fica bem mais fácil controlar a Produção Entendendo-se bem os Efeitos Eletromagnéticos dentro dos Circuitos Eletrônicos fica bem mais fácil controlar a Produção & Aplicação das Correntes Elétricas sobre os Materiais Supercondutores, Condutores & nos Semicondutores ! ! ! & Aplicação das Correntes Elétricas sobre os Materiais Supercondutores, Condutores & nos Semicondutores ! ! ! Quando as Cargas Elétricas se movimentam ao longo de um Quando as Cargas Elétricas se movimentam ao longo de um Condutor Retilíneo, estas devem percorrer rigorosamente as Rotas Lineares determinadas pelas Características Físicas do Material Condutor que estaria sendo utilizado, sem quaisquer Perdas Elétricas que são capazes de às desviarem de suas Trajetórias Retilíneas originais... Apesar dos Níveis de Performance & Eficiência Operacional característicos dos Circuitos E. E. atuais, NÃO SE TORNOU possível controlar totalmente os Fluxos E. E., de maneira a se extinguir TODAS as Perdas Elétricas nos Componentes E. E., principalmente em relação aos Circuitos Integrados Digitais utilizados diversas Aplicações dos Circuitos Eletrônicos ! ! ! possível controlar totalmente os Fluxos E. E., de maneira a se extinguir TODAS as Perdas Elétricas nos Componentes E. E., principalmente em relação aos Circuitos Integrados Digitais utilizados diversas Aplicações dos Circuitos Eletrônicos ! ! !

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