Corrente e Resistência: Propriedades Elétricas de Materiais

Corrente e resistência Física III Aula XV A resistência é uma propriedade de um componente a resistividade é uma propriedade de um material Quando conhecemos a resistividade de um material como o cobre por exemplo não é difícil calcular a resistência de um fio feito desse material Sejam A a área da seção reta L o comprimento e V a diferença de potencial entre as extremidades do fio Fig 269 Se as linhas de corrente que representam a densidade de corrente são uniformes ao longo da seção reta o campo elétrico e a densidade de corrente são iguais em todos os pontos do fio e de acordo com as Eqs 2442 e 265 têm os valores Nesse caso podemos combinar as Eqs 2610 e 2614 para obter Como Vi é a resistência R a Eq 2615 pode ser escrita na forma R ρLA Variação da Resistividade com a Temperatura Aqui T0 é uma temperatura de referência e ρ0 é a resistividade a essa temperatura Costumase escolher como referência T0 293 K temperatura ambiente caso em que ρ0 169 108 Ωm para o cobre A LEI DE OHM V i a Diferença de potencial V Corrente mA b Corrente mA Um componente obedece à lei de Ohm se a corrente que o atravessa varia linearmente com a diferença de potencial aplicada ao componente para qualquer valor da diferença de potencial Um componente obedece à lei de Ohm se dentro de certos limites a resistência do componente não depende do valor absoluto nem da polaridade da diferença de potencial aplicada Hoje sabemos que essa afirmação é correta apenas em certas situações entretanto por questões históricas continua a ser chamada de lei O componente da Fig 2611b que é um resistor de 1000 Ω obedece à lei de Ohm O componente da Fig 2611c que é um diodo semicondutor não obedece à lei de Ohm Uma definição mais realista da lei de Ohm é a seguinte A tabela mostra a corrente i em amperes em dois componentes para vários valores da diferença de potencial V em volts Determine a partir desses dados qual é o componente que não obedece à lei de Ohm Dispositivo 1 V i 200 450 300 675 400 900 Dispositivo 2 V i 200 150 300 220 400 280 POTÊNCIA SEMICONDUTORES E SUPERCONDUTORES A Potência em Circuitos Elétricos Como existe um circuito fechado ligando os terminais da bateria e a diferença de potencial produzida pela bateria é constante uma corrente constante i atravessa o circuito no sentido do terminal a para o terminal b A quantidade de carga dq que atravessa o circuito em um intervalo de tempo dt é igual a i dt Ao completar o circuito a carga dq tem seu potencial reduzido de V e portanto sua energia potencial é reduzida de um valor dado por P iV taxa de transferência de energia elétrica 1 VA 1 JC1 Cs 1 Js 1 W P i²R dissipação resistiva ou P V²R dissipação resistiva A resistividade pode variar com a temperatura Resistividade 108 Ωm Temperatura K Temperatura ambiente Nos semicondutores n é pequeno mas aumenta rapidamente com o aumento da temperatura porque a agitação térmica faz com que haja um maior número de portadores disponíveis Isso resulta em uma redução da resistividade com o aumento da temperatura como indica o valor negativo do coeficiente de temperatura da resistividade do silício na Tabela 262 O mesmo aumento do número de colisões que é observado no caso dos metais também acontece nos semicondutores porém é mais do que compensado pelo rápido aumento do número de portadores de carga Em 1911 o físico holandês Kamerlingh Onnes descobriu que a resistência elétrica do mercúrio cai para zero quando o metal é resfriado abaixo de 4 K Fig 2614 Esse fenômeno conhecido como superconductividade é de grande interesse tecnológico porque significa que as cargas podem circular em supercondutor sem perder energia na forma de calor Correntes criadas em anéis supercondutores por exemplo persistiram sem perdas durante vários anos é preciso haver uma fonte de energia para produzir a corrente inicial mas depois disso mesmo que a fonte seja removida a corrente continua a circular indefinidamente Resistência Ω 016 008 Temperatura K