Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

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Semicondutores


No mundo da física e da eletrônica, os semicondutores desempenham um papel vital no funcionamento de uma infinidade de dispositivos, desde diodos simples a chips de computador complexos. Compreender os semicondutores é importante para qualquer pessoa interessada em eletrônica, já que eles são a espinha dorsal da tecnologia moderna.

O que são semicondutores?

Semicondutores são materiais cuja condutividade elétrica está entre condutores e isolantes. Isso significa que podem conduzir eletricidade em algumas condições, mas não em outras. Esta propriedade os torna inestimáveis para controlar correntes elétricas em dispositivos eletrônicos.

Semicondutores intrínsecos

Semicondutores intrínsecos são formas puras de materiais semicondutores. Os exemplos mais comuns incluem silício (Si) e germânio (Ge). Nestes materiais, o número de cargas é tipicamente baixo e não há impurezas significativas.

Um semicondutor intrínseco tem um número igual de elétrons e lacunas. Uma "lacuna" é simplesmente a ausência de um elétron e atua como um transportador de carga positiva. Quando energia é aplicada, ela pode excitar um elétron a saltar da banda de valência para a banda de condução, deixando uma lacuna para trás:

banda de valência banda de condução Salto de elétron

Esta transição contribui para a condutividade elétrica.

Semicondutores extrínsecos

Quando impurezas são adicionadas a semicondutores intrínsecos, eles se tornam semicondutores extrínsecos. Este processo é chamado de dopagem e aumenta significativamente o número de portadores de carga no material, aumentando sua condutividade.

Semicondutor tipo n

Semicondutores tipo N são criados adicionando um elemento com elétrons extras ao material semicondutor. Por exemplo, combinar silício com fósforo (que tem cinco elétrons de valência) cria elétrons livres extras:

Si P elétrons livres

Os elétrons extras atuam como portadores de carga negativa, daí o nome "tipo n".

Semicondutor tipo p

Semicondutores tipo P são formados quando um elemento com menos elétrons é adicionado. Por exemplo, quando o silício é combinado com o boro, que tem três elétrons de valência, são criadas "lacunas" ou portadores de carga positiva:

Si B lacuna

A falta de elétrons cria "lacunas" que podem se mover, tornando o material um semicondutor tipo P.

Junção PN

Uma junção PN é formada ao juntar semicondutores tipo n e tipo p. Esta junção é importante para o funcionamento de diodos e transistores. Ao serem unidos, elétrons da região tipo n movem-se para preencher as lacunas na região tipo p, formando uma região de depleção com um campo elétrico embutido:

Tipo N Tipo P depleção

Esta disposição permite que a corrente flua facilmente em uma direção, mas não na outra, funcionando assim como um diodo.

Aplicações de semicondutores

Os semicondutores são componentes essenciais em uma variedade de dispositivos eletrônicos devido às suas propriedades únicas. Aqui estão alguns exemplos:

Diodo

Um diodo é talvez o dispositivo semicondutor mais simples. Seu principal objetivo é permitir que a corrente flua em uma direção e bloqueá-la na direção oposta. Isso se deve à junção PN que permite a passagem da corrente apenas quando o lado P está a uma tensão mais alta que o lado N:

Fluxo

Transistor

Os transistores são mais complexos e são usados para amplificar ou interromper sinais. Eles podem controlar uma grande corrente com uma pequena entrada de corrente e são os blocos de construção para todos os circuitos eletrônicos modernos. Existem diferentes tipos de transistores, incluindo os transistores bipolares de junção (BJTs) e os transistores de efeito de campo (FETs).

Transistores bipolares de junção (BJTs)

Um BJT consiste em três camadas de material semicondutor que formam duas junções PN. As três partes são chamadas de emissor, base e coletor:

emissor Base Coletor

Existem dois tipos de BJTs: transistores NPN e PNP. O tipo NPN usa elétrons como portadores de carga enquanto o tipo PNP usa lacunas.

Transistores de efeito de campo (FETs)

Os FETs usam um campo elétrico para controlar o tamanho do canal e, assim, a condutividade de um tipo de portador de carga em um material semicondutor. Tipos diferentes incluem:

  • JFET (FET de junção)
  • MOSFET (FET de metal-óxido-semicondutor)

Condutividade em semicondutores

A condutividade de um semicondutor pode ser controlada por vários fatores:

  • Dopagem: Adicionando impurezas para aumentar os portadores de carga.
  • Temperatura: Temperaturas mais altas podem aumentar a energia nos elétrons, o que aumenta a condutividade.

Por exemplo, a condutividade elétrica σ pode ser expressa como:

σ = q * n * μ

Onde:

  • q = carga do elétron
  • n = número de portadores de carga
  • μ = mobilidade dos portadores de carga

Conclusão

Os semicondutores são a base da eletrônica moderna, desde os circuitos mais simples até os sistemas de computação mais complexos. Sua capacidade de conduzir eletricidade em certas condições os torna versáteis e indispensáveis na nossa sociedade tecnológica. Compreender suas propriedades e como podem ser manipulados abre o mundo da eletrônica e das comunicações para muitas aplicações e inovações.


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