Introdução à Eletrônica

Fala ae, pessoal. Pra estrear bem o blog, vou começar com uma introdução à eletrônica :)

Quem já me conhece, vai perceber que este texto eu reciclei de um fórum meu ae da vida(Sim, a preguiça é muita pra reescrever :D )

Antes de estudar os componentes, vocês precisam saber algo muito mais profundo, o que chamamos de "Atomística", que envolve muita química.

Todo mundo sabe, teóricamente, que tudo que existe é feito de moléculas e átomos. E os átomos são feitos de partículas atômicas, que são: o próton, o elétron e o nêutron.
Quem estudou ao invés de ficar dormindo na sala de aula, sabe que usamos o modelo de Bohr para representar um átomo, pois é o mais conveniente e qualquer burrão entende.
Pra quem dormiu, Bohr considera que um átomo tem um núcleo onde ficam os nêutrons e prótons, e ao redor deste núcleo, o que chamamos de eletrosfera, é onde ficam girando os elétrons. É importante lembrar que a eletrosfera possui 'órbitas' distintas, as quais chamamos de camadas.



Os prótons e os elétrons possuem uma carga elétrica, que é sua propriedade física, diferente do nêutron que não possui carga elétrica.

Depois de muito estudo e observação, percebeu-se que os prótons e os elétrons possuem cargas opostas e por isso, você consegue 'somar' estas cargas e, para facilitar o entendimento, deram sinais algébricos a eles, positivo pro próton e negativo para o elétron.

Quando dizemos que um átomo é neutro, é porque a carga que o elétron carrega é, em módulo, igual à carga que o próton carrega. Quando um átomo não é neutro, ou seja, a carga está desbalanceada, dizemos que o átomo está ionizado.
Se um átomo ionizado tiver uma carga de elétrons maior, dizemos que ele está ionizado negativamente, logo, se tiver maior carga de prótons, dizemos que ele está ionizado positivamente. Uma coisa muito importante de sabe é que a carga de prótons sempre será a mesma, o que varia é a carga de elétrons. Quando dizemos que um corpo está eletrizado é porque houve um desbalanceamento entre as cargas positivas e negativas.

Todos já devem ter ouvido falar de materiais isolantes e materiais condutores, mas você sabem o que diferencia um do outro? Se você está lendo isso, há uma grande chance de não saber

Os materiais condutores são materiais que possuem 'portadores de cargas livres' no seu interior, o que permite uma maior passagem de corrente elétrica.
Só uma observação: A definição de corrente elétrica é "O movimento ordenado dos elétrons, ou da carga elétrica".
Os condutores independem de seu estado físico, podem ser líquidos, sólidos ou gasosos. Por exemplo, imaginem uma mistura de água com sal (NaCl), haverá uma dissociação da molécula do sal em íons Na+ e Cl-, que ficam livres pra se movimentarem, entenderam?

Na eletrônica, condutores mais usados são os metálicos, por causa das características físicas, químicas e por serem mais barato, salvo algumas exceções onde o ar é muito usado como condutor por questões estratégicas(como pedais de delay antigos e rede sem-fio).

O movimento dos elétrons, própriamente dito, é feito somente na camada de valência.
Pra quem continuou durmindo nas aulas posteriores, Linus Pauling desenvolveu um diagrama complementar ao átomo de Bohr, o que chamamos de Diagrama de Pauling, o qual explica as camadas e subníveis de cada camada da eletrosfera.
As camadas são K, L, M, N, O, P, Q e R, sendo seus subníveis dividos em Nítido(s, sharp), Principal(p), Difuso(d, diffuse) e Fundamental(f). Há também outros três subníveis: g, h e i, mas estes apenas existem teóricamente. Cada subnível indica quantos elétrons cada camada suporta. Essa quantidade não nos interessa neste momento.
A camada de valência é a última camada da eletrosfera de um átomo. Somente neste camada que ocorrem as ligações químicas, pois estão mais longe do núcleo, logo, estão mais 'vulneráveis' a variações.

Para um melhor entendimento, precisamos levar em conta que os prótons funcionam como lacunas, ou eletro-lacunas. Pra quem não sabe, uma lacuna nada mais é que um espaço vazio. E são exatamente nestes espaços vazios que os elétrons livres vão(lembram daquela regra de 'os opostos se atraem'? É exatamente por este movimento). O que faz de um elemento condutor ou não é o número de eletro-lacunas na sua camada de valência. A camada de valência precisa de 8 elétrons pra que seja um elemento estável, esta é a teoria dos octetos. Logo, tomamos como partida sempre átomos com 8 'posições' na camada de valência, podendo ser elétrons e/ou lacunas. Quanto maior o número de lacunas, mais condutor é o elemento. Se o elemento tiver entre 1 e 3 elétrons na camada de valência, dizemos que ele é um condutor, se tiver entre 5 e 7 dizemos que ele é isolante(ou não-condutor). Se ele tiver exatamente 4 elétrons(como é o caso do Germânio e Silício) dizemos que ele é um semi-condutor e precisa ser dopado, mas isto é assunto para outro tópico.

Vamos imaginar o elemento Au(Ouro pra quem não sabe), olhando na tabela periódica descobrimos que ele tem somente 1 elétron na camada de valência, logo, tem 6 eletro-lacunas, o que faz dele o melhor condutor de energia que temos.
Imaginem agora vários átomos de ouro unidos(como um fio, por exemplo), enfileirados, eles farão uma fila de eletro-lacunas, e ao inserirmos uma carga de elétrons livres, os elétrons vão pulando de lacuna em lacuna, pois a primeira lacuna atrai o primeiro elétron, só que ela continua com seu poder de atrair elétrons e atrai o próximo elétron, que o faz chegar perto do primeiro elétron e como sabemos que os iguais se expelem, um elétron empurra o outro para frente, o qual vai para o próximo átomo de ouro, e assim sucetivamente, criando assim um movimento coordenado dos elétrons por um meio condutor, ou corrente elétrica

Mas você pode estar se perguntando o porquê se encostamos a mão em somente uma fase ou no neutro de uma tomada, porque não tomamos um choque, certo?

É porcausa da carga elétrica elementar. Ela é a menor carga elétrica possível de existir. É esta a carga que o elétron carrega, que é designada por "Qe'". Lembram que a carga de prótons é sempre a mesma e somente a de elétrons é que varia? Por este motivo a quantidade de carga de um corpo(Q) será sempre igual a Qe, por isso dizemos que a carga de um corpo é uma grandeza quantiazada. O estado elétrico de um corpo pode ser alterado adicionando ou removendo um número inteiro de elétrons. Por exemplo, se colocarmos um elétron em um corpo neutro, ele ficará com um elétron a mais, ou seja, a carga do corpo é negativa E igual à cara que um elétron carrega: Q =Qe.

Se colocarmos mais um elétron neste mesmo corpo, ele ficará com uma carga negativa igual a duas vezes a carga do elétron, ou seja: Q = 2.Qe.

Para generalizarmos isto, podemos entender que Q = n.Qe sendo N o número de elétrons a mais no corpo.

E se ao invés de colocarmos um elétron, nós tirarmos? A carga do corpo neutro ficará positiva pois ficará com um próton a mais. Neste momento, a carga é igual ao número de prótons : Q = Qp. Se tirarmos mais um elétron, acontecerá o mesmo que quando colocamos um elétron, logo, podemos entender que também é Q = n.Qp.

Mas como |Qe| = |Qp|, ou seja, o módulo da carga de elétrons é igual ao módulo da carga de prótons, podemos considerar apenas uma equação para a carga de um corpo, em vista que o que varia é sempre o elétron(ele é removido ou adicionado): Q = n.Qe.

Como o texto está ficando bastante extenso e poderá ficar cansativo de se ler, vou falar apenas sobre potencial elétrico por enquanto

A definição de potencial é "A capacidade de se realizar alguma coisa". Com isso em mente, para um corpo eletrizado, definimos uma grandeza chamada Potencial Elétrico.

O Potencial Elétrico é a capacidade que as cargas têm de realizar um trabalho, podendo ser positivo ou negativo em relação à carga que o corpo possui.

No caso de o corpo ser esférico(como a maioria é) de raio R, o seu potencial elétrico é dado pela equação:

V = (K.Q)/R

Onde V é o potencial da esfera em volts, Q é a carga da esfera em Coulombs, R o raio em metros e K é uma constante que vai variar do meio em qual se encontra a esfera.

Para um bom entendimento, vamos imaginas dois corpos: Corpo 1 e Corpo 2. Sendo que o Corpo 1 está eletrizado negativamente(Q1 < 0) e o Corpo 2 seja neutro (Q2 = 0) e os dois corpos estão ligados por um fio condutor e neste fio há uma chave que está aberta(desligada).

Perceba que o potencial do Corpo A é negativo e o potencial do Corpo B é nulo, logo existe o que chamamos de "Diferencia de Potencial" (d.d.p.) entre os corpos. Se fecharmos a chave(ligarmos) haverá um deslocamento dos elétrons do Corpo A para o Corpo B até que os potenc iais fiquem iguais.

Assim como no caso de um encanamento de água, podemos tirar algumas conclusões, por exemplo: Só há um deslocamento de carga de um condutor para outro(corrente elétrica) se houver uma diferença de potencial(d.d.p. - tensão elétrica) e as cargas negativas(os elétrons) deslocam sempre de potenciais menores para potenciais maiores (No caso, V1 < V2).

No exemplos acima dos dois corpos, se considerarmos que os portadores de cargas livres são cargas positivas, o mesmo resultado seria obtido com o deslocamento de cargas positivas para o Corpo 1, ou seja, saindo cargas positivas do Corpo 2, este começa a ficar com o potencial negativo e chegando cargas positivas no Corpo 1, este começa a ficar com a carga menos negativa. Este processo todo ocorre em um intervalo de tempo muito curto, ou seja, instantâneamente. Como vocês puderam ver, a unidade de d.d.p. é igual a unidade de potencial elétrico, ou seja, Volts(V).

Difícil? Qualquer coisa posta a dúvida que eu respondo ;)