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(No Transcript)
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FÍSICA PARA ENGENHARIA ELÉTRICA
José Fernando Fragalli Departamento de Física
Udesc/Joinville
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
Near the end of this decade, when they begin
enumerating the names of the people who had the
greatest impact on the 20th century, the name of
John Bardeen, who died last week, has to be near,
or perhaps even arguably at, the top of the
list... Mr. sic Bardeen shared two Nobel Prizes
and won numerous other honors. But what greater
honor can there be when each of us can look all
around us and everywhere see the reminders of a
man whose genius has made our lives longer,
healthier and better. Editorial do Chicago
Tribune em 03/02/1991.
3
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. Introdução
2. O Nascimento da Eletrônica
a. A Válvula Diodo
b. A Válvula Triodo
3. A Era da Eletrônica
a. O transistor
4. A Relação entre a Eletrônica e a Física do
Estado Sólido
5. A Relação entre a Física do Estado Sólido e a
Mecânica Quântica
4
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. INTRODUÇÃO
Eletrônica e o comportamento macroscópico dos
elétrons
Podemos focar o estudo da eletrônica em vários
aspectos, dos quais destacaremos três.
a) A Eletrônica estuda o comportamento
macroscópico dos elétrons nos dispositivos.
Descrição pictórica do movimento de elétrons em
um fio metálico
5
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. INTRODUÇÃO
Eletrônica e o comportamento microscópico dos
elétrons
b) A Eletrônica estuda o comportamento
microscópico dos elétrons nos dispositivos.
Orbital s
Orbital d
Orbital p
6
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. INTRODUÇÃO
Eletrônica e os vários dispositivos
c) A Eletrônica estuda dispositivos de
retificação, amplificação e chaveamento de sinais
elétricos.
Transistor MOSFET
Diodos
Transistores bipolares
7
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. INTRODUÇÃO
Circuitos de retificação
Os circuitos de retificação podem ser de vários
tipos, como mostrados a seguir.
a) Retificação de Meia-Onda.
Circuito retificador de meia onda e respectiva
transformação do sinal elétrico
8
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. INTRODUÇÃO
Mais circuitos de retificação
b) Retificação de Onda Completa.
Circuito retificador de onda completa e
respectiva transformação do sinal elétrico
9
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. INTRODUÇÃO
Circuitos de amplificação
Uma forma de fazer o transistor trabalhar como
elemento de amplificação é com a base comum, como
mostrado abaixo.
Transistor BC547 conectado a um sinal de entrada
com base comum à saída
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. INTRODUÇÃO
Mais circuitos de amplificação
Outra forma de fazer o transistor trabalhar como
elemento de amplificação é com a base comum, como
mostrado abaixo.
Transistor conectado a um sinal de entrada com
base comum à saída
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. INTRODUÇÃO
O circuito de chaveamento
Os transistores também podem ser usados em
circuitos que chaveiam o sinal elétrico.
Abaixo mostramos um tipo de circuito simples que
chaveia o sinal elétrico.
Um típico circuito chaveador usando transistor e
sua reta de carga
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. INTRODUÇÃO
A microeletrônica
A Eletrônica está tão presente em nossas vidas
que seria desnecessário destacar a sua
importância.
Ainda assim, ousamos apontar algumas de suas
principais aplicações.
a) Microeletrônica CIRCUITOS INTEGRADOS.
Fotografia de um circuito integrado construído no
Brasil, nos laboratórios da Escola Politécnica da
USP em 1988
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. INTRODUÇÃO
Mais aplicações da Mecânica Quântica na Eletrônica
b) Optoeletrônica LASER DE DIODO.
Laser de Diodo
Constituição de um laser de diodo
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. INTRODUÇÃO
Aplicações da Mecânica Quântica em Novos Materiais
c) Novos materiais NANOTECNOLOGIA.
Estruturas alotrópicas do carbono
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. Introdução
2. O Nascimento da Eletrônica
a. A Válvula Diodo
b. A Válvula Triodo
3. A Era da Eletrônica
a. O transistor
4. A Relação entre a Eletrônica e a Física do
Estado Sólido
5. A Relação entre a Física do Estado Sólido e a
Mecânica Quântica
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
O pai da Eletrônica
Podemos dizer que a Eletrônica nasceu em 1905
com a invenção da válvula diodo.
A invenção da válvula diodo se deve a John
Ambrose Fleming (1847-1945).
Fleming foi aluno de James Clerk Maxwell quando
este dava aulas de matemática e eletricidade na
Cambridge University em 1877.
Fleming foi consultor científico de Marconi na
área de radiotelegrafia.
John Fleming
17
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
O que fez Fleming?
De 1888 a 1891 trabalhou na Edson Electric Light
Company, empresa de Thomas Alva Edison
(1847-1931).
Durante este período, desenvolveu experimentos
com o Efeito Edison (emissão termoiônica), que é
o efeito básico usado no desenvolvimento da
válvula.
Esquema de uma válvula simples
Dispositivo usado por Edison em 1883 para
descobrir a Emissão termoiônica
Thomas Edison
18
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
A patente da válvula diodo
Em 1905 Fleming patenteou a válvula diodo.
A válvula diodo desenvolvida por Fleming foi
usada em rádios receptores e radares por muitas
décadas, até que ela fosse sobrepujada pelos
diodos e transistores de estado sólido, na década
de 1950.
Primeiras válvulas diodo construídas por Fleming
Válvula diodo usada em um rádio receptor
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. Introdução
2. O Nascimento da Eletrônica
a. A Válvula Diodo
b. A Válvula Triodo
3. A Era da Eletrônica
a. O transistor
4. A Relação entre a Eletrônica e a Física do
Estado Sólido
5. A Relação entre a Física do Estado Sólido e a
Mecânica Quântica
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Esquema de construção da válvula diodo
A válvula diodo é composta de um filamento e uma
placa metálica dentro de um bulbo de vidro.
Muito do ar presente no bulbo é bombeado para
fora para obter um vácuo parcial.
Exemplo de uma válvula comercial
Constituintes básicos de uma válvula diodo
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Aplicações da válvula diodo
A válvula diodo é usada em diversas aplicações,
às quais destacamos sua ação como retificador e
como detector.
a) Retificador essencialmente converte um sinal
AC em um sinal DC, como esquematizado abaixo.
Exemplo de válvulas comerciais
Válvula atuando como retificador de sinal elétrico
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Mais aplicações da válvula diodo
b) Detector neste caso, a válvula obtém o sinal
a partir de uma onda portadora modulada, como
esquematizado abaixo.
Válvula atuando como detector de sinal elétrico
transportado por uma onda modulada
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Princípio de operação da válvula diodo
Na figura abaixo mostramos um típico circuito de
operação onde vemos uma fonte (B), uma válvula e
um resistor de carga (RL).
Este circuito faz com que uma corrente elétrica e
uma diferença de potencial sejam selecionados
para a operação junto ao resistor de carga.
Princípio básico de operação de uma válvula diodo
24
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Modelo físico de funcionamento da válvula diodo
A válvula diodo pode ser modelada unicamente com
conceitos da eletrostática.
Modelar significa obter uma expressão para a
curva característica da válvula I(V) a partir de
primeiros princípios, isto é, a partir das leis
básicas da eletricidade.
Curva característica da válvula diodo.
I corrente elétrica que circula pela válvula
Modelo para uma válvula diodo
V tensão de polarização da válvula
25
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Curva característica ideal da válvula diodo
Aplicamos a Equação de Poisson e o Princípio da
Conservação da Energia para obter a curva
característica I(V).
?0 8,85?10-12 C2/N?m2
e 1,602?10-19 C
me 9,109?10-31 C
A área de seção transversal dos eletrodos da
válvula
Modelo para uma válvula diodo
d distância entre o cátodo e o ânodo
26
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Modelo teórico ? funcionamento prático da válvula
diodo
Abaixo mostramos a curva característica teórica
(à esquerda) e curvas características de duas
válvulas comerciais.
Válvulas reais 5U4 e 1V2
Válvula Ideal
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. Introdução
2. O Nascimento da Eletrônica
a. A Válvula Diodo
b. A Válvula Triodo
3. A Era da Eletrônica
a. O transistor
4. A Relação entre a Eletrônica e a Física do
Estado Sólido
5. A Relação entre a Física do Estado Sólido e a
Mecânica Quântica
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
O pai da válvula triodo
Em 1906 Lee De Forest (1873-1961) obteve a
patente de um dispositivo de dois eletrodos usado
como detector de ondas eletromagnéticas.
Este dispositivo era uma variante da válvula
diodo inventada por Fleming em 1904.
Em 1907 De Forest obteve a patente de um
dispositivo de três eletrodos, muito mais
sensível na detecção de ondas eletromagnéticas.
Este dispositivo também foi chamado de válvula
de De Forest e desde 1919 é conhecido por
válvula triodo.
Lee De Forest
29
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Esquema de construção da válvula triodo
A válvula triodo é obtida a partir da válvula
diodo, com a introdução de uma grade colocada
entre o cátodo e o ânodo, como pode ser visto na
figura abaixo.
Constituintes básicos de uma válvula triodo
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Funcionamento da válvula diodo
A grade introduzida entre o cátodo e o ânodo
controla o fluxo de elétrons entre estes dois
eletrodos.
A corrente elétrica que flui pelo circuito varia
de acordo com o valor da tensão aplicada entre a
grade e o ânodo.
Existe um valor de tensão elétrica acima da qual
cessa o fluxo de elétrons através do circuito.
Funcionamento da válvula triodo
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Curvas características da válvula triodo
Abaixo mostramos as curvas características de uma
válvula triodo para vários valores de tensão de
grade aplicados.
Na mesma figura é apresentada (em linha
tracejada) a Lei de Child, que é a curva teórica
para a válvula diodo.
Curvas características da válvula triodo 6SN7
para várias tensões aplicadas à placa
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Desvantagens do uso das válvulas
Abaixo apresentamos algumas desvantagens no uso
de válvulas em circuitos elétricos.
a) o seu tamanho a miniaturização dos
dispositivos fica comprometida.
b) a sua fragilidade o seu invólucro é feito de
vidro.
c) o aquecimento em operação como ela trabalha
em alta tensão, a dissipação de energia na forma
de calor é grande.
Exemplo de válvulas triodos comerciais
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Mais desvantagens do uso das válvulas
d) a sua vida é curta, se comparada ao do
transistor.
e) a sua fabricação é mais dispendiosa do que a
do transistor, devido à baixa escala de
fabricação.
f) dificuldades técnicas as válvulas apresentam
alto ruído e instabilidade em algumas faixas de
frequência, principalmente na região de
micro-ondas.
Esquema interno de uma válvula triodo
34
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Vantagens do uso das válvulas
Abaixo apresentamos algumas vantagens no uso de
válvulas em circuitos elétricos.
a) válvulas são usadas em situações onde sejam
necessárias maiores quantidades de potência.
b) o transistor trabalha em uma faixa limitada de
potência, enquanto que a válvula trabalha em
potências desde ?W até milhares de W.
c) válvulas apresentam uma vantagem técnica
adicional que é o desempenho melhor em altas
frequências, se comparada com a de um transistor.
35
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Agradecimentos às válvulas
Mesmo com as limitações comparadas com a ação dos
atuais transistores, as válvulas foram
responsáveis por um enorme avanço tecnológico,
alguns deles apontados abaixo.
a) Projeto e desenvolvimento dos grandes sistemas
de comunicação do Século XX, como o rádio
(Guglielmo Marconi, em 1901) e TV (John Logie
Baird, em 1926).
Exemplo de rádio
Exemplo de TV
John Logie Baird
Guglielmo Marconi
36
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
2. O NASCIMENTO DA ELETRÔNICA
Mais agradecimentos às válvulas
b) Projeto e desenvolvimento do primeiro
computador eletrônico (valvulado), o ENIAC
ELECTRONIC NUMERICAL INTEGRATOR AND CALCULATOR,
em 1946.
O ENIAC, mostrado em operação ao lado, é composto
por 17.468 válvulas e ocupava um galpão imenso.
Processava apenas 5.000 adições, 357
multiplicações e 38 divisões por segundo, bem
menos até do que uma calculadora de bolso atual,
das mais simples
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. Introdução
2. O Nascimento da Eletrônica
a. A Válvula Diodo
b. A Válvula Triodo
3. A Era da Eletrônica
a. O transistor
4. A Relação entre a Eletrônica e a Física do
Estado Sólido
5. A Relação entre a Física do Estado Sólido e a
Mecânica Quântica
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
3. A ERA DA ELETRÔNICA
Aspectos históricos
Antes da 2a Guerra Mundial a pesquisa em
eletrônica se concentrava no estudo de contatos
retificadores para circuitos de rádio-comunicação.
Até então este tipo de contato era feito por um
dispositivo conhecido como coesor de Branly.
O coesor de Branly funciona quando uma onda
eletromagnética ativa o estado condutor de
limalhas metálicas.
Esquema do Coesor de Branly
Fotografia do Coesor de Branly
39
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
3. A ERA DA ELETRÔNICA
Mais história
Apesar de funcionar, o coesor de Branly
apresentava instabilidade, tal que procurou-se
por um artefato tecnológico que pudesse funcionar
como radar.
O avanço tecnológico entre a 1a e a 2a Guerra
Mundial procurou por dispositivos estáveis de
estado sólido.
Isto culminou com a descoberta do efeito
transistor em 1947 por John Bardeen (1908-1991) e
Walter Houser Brattain (1902-1987).
John Bardeen
Walter Brattain
40
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
3. A ERA DA ELETRÔNICA
O primeiro transistor
Esta descoberta foi o início de uma nova era,
tanto na pesquisa em semicondutores como no
desenvolvimento tecnológico.
O primeiro transistor construído por Bardeen e
Brattain foi feito apenas com um bloco de
germânio (Ge) ligado por contatos metálicos a
fontes de tensão.
Primeiro transistor construído por Bardeen e
Brattain
Esquema constitutivo do primeiro transistor
41
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
3. A ERA DA ELETRÔNICA
A contribuição essencial de Shockley
Em 1948 o transistor bipolar tomou a sua atual
configuração a partir da contribuição de William
Bradford Schockley (1910-1989).
Ao invés do bloco de Ge, Schockley usou o
semicondutor dopado com impurezas doadoras (tipo
n) e aceitadoras (tipo p), além dos contatos
metálicos e fontes de tensão.
Esquema constitutivo do primeiro transistor
William Schockley
42
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. Introdução
2. O Nascimento da Eletrônica
a. A Válvula Diodo
b. A Válvula Triodo
3. A Era da Eletrônica
a. O transistor
4. A Relação entre a Eletrônica e a Física do
Estado Sólido
5. A Relação entre a Física do Estado Sólido e a
Mecânica Quântica
43
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
3. A ERA DA ELETRÔNICA
Os inventores do transistor
Como vimos, O transistor foi inventado em duas
etapas, por três cientistas John Bardeen, Walter
Brattain e William Schockley.
Pela descoberta e aperfeiçoamento do transistor,
Bardeen, Brattain e Shockley ganharam o Prêmio
Nobel de Física de 1956.
William Schockley
John Bardeen
Walter Brattain
44
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
3. A ERA DA ELETRÔNICA
O destino dos inventores do transistor
Bardeen e Brattain continuaram seu trabalho na
pesquisa básica da Física do Estado Sólido na
University of Illinois (Urbana), IL USA.
Shockley voltou-se para a indústria, criando a
empresa Shockley Semiconductor Company , que
posteriormente deu origem à Intel.
45
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
3. A ERA DA ELETRÔNICA
O efeito transistor
O transistor foi inicialmente conhecido como
triodo semicondutor, em analogia à válvula
triodo que apresentava a mesma característica de
amplificação.
Transistor é uma junção das palavras (em inglês)
transfer e resistor, e significa a transferência
de corrente elétrica de um circuito a outro.
Como vemos, o transistor apresenta três
terminais o coletor (C), a base (B) e o emissor
(E).
46
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
3. A ERA DA ELETRÔNICA
Primeiras consequências da invenção do transistor
À título de curiosidade, a descoberta do
transistor ocorreu em Dezembro de 1947, e não em
Junho de 1948 como frequentemente divulgado.
A divulgação das pesquisas foi retardada durante
estes sete meses por problemas relativos à
patente.
Apesar do grande impacto posterior, a repercussão
não foi grandiosa pois não se discutia à época a
substituição das válvulas pelos transistores.
47
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
3. A ERA DA ELETRÔNICA
Primeiras consequências da invenção do transistor
O dispositivo construído por Bardeen e Brattain
apresentava problemas com a estabilidade e
reprodutibilidade dos contatos elétricos.
Como vemos na figura ao lado, no primeiro
transistor os contatos elétricos eram feitos com
clipes e lâminas de navalha.
Em 1949 Shockley (Bell Labs) aperfeiçoou o
transistor de contato de ponto utilizando
materiais semicondutores que apresentavam dopagem
(impurezas).
48
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
3. A ERA DA ELETRÔNICA
O efeito transistor
A grosso modo, o transistor funciona como uma
torneira eletrônica.
No caso do transistor, ele regula a quantidade de
corrente elétrica que passa por um circuito.
O transistor pode ser usado tanto como um
interruptor digital (chave) como um dispositivo
analógico para controlar progressivamente a
corrente elétrica em um dispositivo.
49
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
3. A ERA DA ELETRÔNICA
O funcionamento do transistor o papel de Vbe
Veremos agora, passo a passo, como funciona o
transistor.
a) Uma corrente elétrica de controle é aplicada
entre o emissor e a base.
b) Os elétrons são injetados na base através da
junção com o emissor (devido a Vbe).
50
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
3. A ERA DA ELETRÔNICA
O papel da tensão entre o coletor e a base
c) Elétrons fluem através da junção com o coletor
para o circuito externo (devido a Vce).
d) Quando a voltagem na base varia, a corrente
elétrica no circuito externo varia
proporcionalmente.
51
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. Introdução
2. O Nascimento da Eletrônica
a. A Válvula Diodo
b. A Válvula Triodo
3. A Era da Eletrônica
a. O transistor
4. A Relação entre a Eletrônica e a Física do
Estado Sólido
5. A Relação entre a Física do Estado Sólido e a
Mecânica Quântica
52
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
Aspectos históricos
Antes do transistor, a eletrônica estava centrada
na válvula, que é um dispositivo à vácuo.
Após a invenção do transistor houve uma ênfase no
desenvolvimento de dispositivos de Estado Sólido.
Com isso, houve uma mudança no paradigma do
desenvolvimento científico e tecnológico.
53
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
A Guerra Fria
Antes do transistor ? 2a Guerra Mundial, Bomba
Atômica, Tecnologia Nuclear.
54
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
A prevalência da pesquisa em Física Nuclear
Grande parte do financiamento à pesquisa foi
destinado à compreensão da Física Nuclear....
55
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
Usinas nucleares
E à construção de reatores nucleares...
56
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
Os problemas da energia nuclear
E ..... ao desenvolvimento da bomba atômica ?
Guerra Fria.
Pensem nas crianças mudas telepáticas Pensem nas
meninas cegas inexatas, Pensem nas mulheres
rotas alteradas, Pensem nas feridas como rosas
cálidas, Mas não se esqueçam da rosa da rosa,
Da rosa de Hiroxima a rosa hereditária, A rosa
radioativa estúpida e inválida, A rosa com
cirrose a anti-rosa atômica, Sem cor nem perfume
sem rosa sem nada. Rosa de Hiroxima Vinícius
de Morais
57
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
A mudança de paradigma
Após o transistor ? revolução da Eletrônica e da
tecnologia em Novos Materiais.
a) Materiais metálicos ligas metálicas leves.
58
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
A mudança de paradigma
Após o transistor ? revolução da Eletrônica e da
tecnologia em Novos Materiais.
b) Materiais cerâmicos cerâmica de alto
desempenho.
59
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
A mudança de paradigma
Após o transistor ? revolução da Eletrônica e da
tecnologia em Novos Materiais.
c) Materiais poliméricos plásticos.
60
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
A mudança de paradigma
Após o transistor ? revolução da Eletrônica e da
tecnologia em Novos Materiais.
d) Materiais compósitos.
61
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
A prevalência da Física Atômica
O que estes materiais têm em comum?
1) Todos foram obtidos a partir de um melhor
conhecimento da estrutura dos ÁTOMOS que os
constituem.
2) Hegemonia da Física Atômica como base para a
Física do Estado Sólido.
3) Necessidade de uma ferramenta teórica para
melhor compreender o ÁTOMO ? MECÂNICA QUÂNTICA.
62
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
O desenvolvimento tecnológico nos anos 1940
1) Década de 1940 (1946) ? Invenção do TRANSISTOR.
63
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
O desenvolvimento tecnológico nos anos 1950
2) Década de 1950 (1958, Jack Kilby e Robert
Noyce, Texas Instrument) ? Miniaturização
(Circuitos Integrados).
Fotografia do primeiro circuito integrado (CI)
fabricado pelas Texas Instrument
Fotografia de um CI moderno.
Jack Kilby
Robert Noyce
64
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
O desenvolvimento tecnológico nos anos 1960
3) Década de 1960 ? Invenção do LASER (LASER de
RUBI, por Theodore Maiman em 1960).
Componentes do primeiro laser de rubi.
Theodore Maiman
65
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
O desenvolvimento tecnológico nos anos 1960
4) Década de 1960 ? Desenvolvimento do LASER DE
DIODO (Robert Hall, 1962).
Comparação entre o tamanho de um laser de diodo e
uma moeda de US 0,05.
Laser de diodo de alta potência.
Robert Hall
66
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
O desenvolvimento tecnológico nos anos 1970
5) Década de 1970 ? Desenvolvimento de novas
tecnologias de obtenção de materiais eletrônicos.
Uma pirâmide nada faraônica - Em crescimento por
epitaxia por feixes moleculares (MBE Molecular
Beam Epitaxy), átomos de germânio
auto-organizaram espontaneamente sobre uma base
de silício para formar essa nanopirâmide.
67
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
O desenvolvimento tecnológico nos anos 1980
6) Década de 1980 ? Desenvolvimento da fibra
óptica e a conseqüente nova área das
telecomunicações.
68
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
O desenvolvimento tecnológico nos anos 1990
7) Década de 1990 ? Controle sobre os átomos
(Engenharia Atômica).
Engenharia na escala atômica - Em 1990, 35 átomos
de xenônio foram arranjados sobre uma superfície
de níquel para compor o logotipo da IBM. Com
manipulação nessa escala, moléculas podem ser
fabricadas, ou modificadas, átomo por átomo.
69
ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
O desenvolvimento tecnológico nos anos 2000
8) Década de 2000 ? Hegemonia da Nanociência e da
Nanotecnologia.
Nanotubo de carbono - Folhas de arranjos
hexagonais de átomos de carbono se enrolam para
formar tubos longos, mas com diâmetro tipicamente
entre 1 e 2 nanômetros. As extremidades, não
mostradas na figura, são compostas de átomos em
arranjo pentagonal. Essa surpreendente
"macromolécula" é uma das vedetes da Nanociência
Nanotecnologia.
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
4. A RELAÇÃO ENTRE A ELETRÔNICA E A FÍSICA DO
ESTADO SÓLIDO
O desenvolvimento tecnológico nos anos 2010
9) Década de 2010 ? Quais serão os próximos
passos?
?
Novas fontes de energia, engenharia genética,
novíssimos materiais.....
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
1. Introdução
2. O Nascimento da Eletrônica
a. A Válvula Diodo
b. A Válvula Triodo
3. A Era da Eletrônica
a. O transistor
4. A Relação entre a Eletrônica e a Física do
Estado Sólido
5. A Relação entre a Física do Estado Sólido e a
Mecânica Quântica
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
5. A RELAÇÃO ENTRE A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO E A
MECÂNICA QUÂNTICA
Os átomos
ÁTOMOS!!!!!!!!
O que é um ÁTOMO????
Modelo atômico de Rutherford (modelo planetário).
Modelo atômico de Thomson (pudim de passas).
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
5. A RELAÇÃO ENTRE A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO E A
MECÂNICA QUÂNTICA
Os modelos atômicos
ÁTOMOS!!!!!!!!
O que é um ÁTOMO????
Orbital s.
Orbital p.
Modelo quântico (orbitais atômicos)
Modelo atômico de Bohr.
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
5. A RELAÇÃO ENTRE A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO E A
MECÂNICA QUÂNTICA
Átomos em estado gasoso
1) GÁS ? quase nenhuma interação entre os átomos.
Vapor dágua.
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
5. A RELAÇÃO ENTRE A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO E A
MECÂNICA QUÂNTICA
Átomos em estado líquido
2) LÍQUIDO ? pouca interação entre os átomos.
Água líquida.
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
5. A RELAÇÃO ENTRE A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO E A
MECÂNICA QUÂNTICA
Átomos em estado sólido
3) SÓLIDO ? grande interação entre os átomos.
Água sólida (gelo).
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ELETRÔNICA E MECÂNICA QUÂNTICA
5. A RELAÇÃO ENTRE A FÍSICA DO ESTADO SÓLIDO E A
MECÂNICA QUÂNTICA
O papel da Mecânica Quântica no estudo da Física
Atômic
Mecânica Quântica qual o seu papel nisso tudo
Como compreender os átomos para poder controlar
as suas propriedades?
MECÂNICA QUÂNTICA nele!
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(No Transcript)