elementos de contato - lsi.usp.brgongora/cursos/aula7.pdf · elementos de contato •os elementos...

24
IPT DEM/DITT/DEC Elementos de contato •Os elementos de contato convertem deslocamentos em sinais elétricos pela abertura ou fechamento de contatos. Deslocamento Deslocamento Deslocamento

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IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Elem

ento

s de

con

tato

•Os e

lem

ento

s de

cont

ato

conv

erte

m d

eslo

cam

ento

s em

sina

is

elét

ricos

pel

a ab

ertu

ra o

u fe

cham

ento

de

cont

atos

.

Des

loca

men

toD

eslo

cam

ento

Des

loca

men

to

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Elem

ento

s res

istív

os

–Num

tran

sdut

or re

sist

ívo

a co

nver

são

do p

arâm

etro

m

edid

o se

exp

ress

a nu

ma

varia

ção

de re

sist

ênci

a na

sa

ída

do e

lem

ento

. –E

xist

em u

ma

dive

rsid

ade

de e

lem

ento

s res

istív

os d

os

quai

s des

taca

mos

:•E

lem

ento

s res

istiv

os d

e ju

nção

•Ele

men

tos p

oten

ciom

étric

os•E

lem

ento

s ter

mor

esis

tívos

•Ele

men

tos p

iezo

resi

stív

os•E

lem

ento

s fot

ocon

dutív

os

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Elem

ento

s res

istiv

os d

e ju

nção

•Nes

tes e

lem

ento

s um

a fo

rça

ou

desl

ocam

ento

pro

duz

uma

mud

ança

de

resi

stên

cia

no

elem

ento

. –

O e

lem

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con

stitu

i-se

de d

ois

cont

atos

e u

m o

u vá

rios d

isco

s de

mat

eria

l res

istív

o, c

omo

carv

ão,

graf

ite o

u um

plá

stic

o co

ndut

ívo.

Com

o st

ress

indu

zido

pel

a fo

rça

(F)o

u de

sloc

amen

to (d

) o c

amin

ho

da c

orre

nte

mud

a va

riand

o as

sim

a

resi

stên

cia

do e

lem

ento

de

form

a nã

o lin

ear.

–Ex

. Mic

rofo

ne d

e ca

rvão

usa

do n

os

antig

os te

lefo

nes

•Nes

te c

aso

para

exc

itaçã

o po

r pr

essã

o ou

forç

a a

resi

stên

cia

da

junç

ão p

ode

ser d

escr

ita p

ela

segu

inte

eq

uaçã

o:–

Com

: R

j = re

sist

ênci

a da

col

una

(W),

R

o =

Res

istê

ncia

con

stan

te(W

), F

= Fo

rça

(N)

e a

= c

onst

ante

(W.N

)

δ

F

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Pote

nciô

met

ros

•Os e

lem

ento

s pot

enci

omét

ricos

são

utili

zado

s par

a co

nver

ter

desl

ocam

ento

s lin

eare

s ou

angu

lare

s pa

ra m

udan

ças d

e re

sist

ênci

a el

étric

a.

•Est

e el

emen

to p

ossu

i um

a re

sist

ênci

a,

um c

onta

to d

esliz

ante

e tr

ês te

rmin

ais

para

sua

inte

rcon

exão

, vej

a Fi

gura

. –A

resi

stên

cia

ou e

lem

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el

etro

cond

utív

o po

de se

r rea

lizad

a po

r um

resi

stên

cia

de fi

o en

rola

da, u

ma

barr

a de

car

vão

ou g

rafit

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m m

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ial

plás

tico,

um

film

e fin

o ou

esp

esso

de

met

ais o

u óx

idos

met

álic

os.

•A re

sist

ênci

a de

um

pot

enci

ômet

ro

entre

doi

s pon

tos A

e B

é d

ada

por:

»com

r =

Res

istiv

idad

e do

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(W.m

),

x =

com

prim

ento

do

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ntre

os

pont

os A

e B

(m

), e

A =

seçã

o tra

nsve

rsal

do

fio (m

2 ).

Des

loca

men

to

AxR

ρ=

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Pote

nciô

met

ros

•O p

oten

ciôm

etro

em

ger

al é

lig

ado

com

o um

div

isor

de

tens

ão e

seu

cont

ato

cent

ral é

lig

ado

à um

a ca

rga

RL

•Sup

ondo

que

o e

nrol

amen

to é

un

iform

e, q

ue o

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não

mud

a ne

m o

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ro n

em a

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sist

ivid

ade,

a te

nsão

de

saíd

a do

ele

men

to é

:V

sTe

nsão

R

p do

Pote

nciô

met

rode E

ntra

da

A

L

x

V

L

R

L

B

11

+

−⋅

=

LxLx

RRLx

VsV

LpL

•Com

: •x

= c

ompr

imen

to d

o fio

ent

re o

s po

ntos

A e

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), •L

=co

mp.

tota

l (m

) •R

p=

Res

istê

ncia

tota

l do

disp

ositi

vo (W

).

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Pote

nciô

met

ros

–Um

a fo

rma

inte

ress

ante

de

ligar

um

pot

enci

ômet

ro é

com

o re

osta

to,

onde

se c

ontro

la a

cor

rent

e nu

ma

carg

a R

L de

form

a nã

o lin

ear.

–Ent

ão a

cor

rent

e po

de-s

e ex

pres

sar a

ssim

:

Vs

x

L

I L

RL

R1

R2

()

+

−⋅

=+

=

pLps

L

sL

RRLx

RVR

RV

I1

1

2

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Impl

emen

taçõ

es d

e tra

nsdu

tore

s pot

enci

omét

ricos

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Term

o-re

sist

ores

São

resi

stor

es q

ue v

aria

m su

a re

sist

ênci

a de

aco

rdo

com

a te

mpe

ratu

ra in

cide

nte

nele

s:•R

esis

tênc

ias m

etál

icas

–Alg

uns m

etai

s apr

esen

tam

coe

ficie

ntes

de

varia

ção

da re

sist

ênci

a co

m a

tem

pera

tura

el

evad

os e

pod

em se

r util

izad

os c

omo

conv

erso

res t

erm

ores

istív

os o

u (R

TD).

»A re

laçã

o en

tre a

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stên

cia

de u

m m

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e

a te

mpe

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ra p

ode

ser d

escr

ita a

ssim

:

»Com

: »R

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Res

istê

ncia

do

disp

ositi

vo à

um

a te

mpe

ratu

ra T

(o C)

α,β

e γ

= co

efic

ient

es d

e va

riaçã

o da

re

sist

ênci

a co

m a

tem

pera

tura

, esp

ecífi

cos

para

cad

a m

etal

.

•Par

a o

caso

da

Plat

ina

entre

0 e

850

o C

tem

os:

–αP

t= 3

907

x 10

-6/K

–βP

t= -0

.576

8408

x 1

0-6/

K2

•Par

a o

caso

do

Níq

uel e

ntre

-50

e 18

0 o C

tem

os:

–αN

i= 5

470

x 10

-6/K

–βN

i= 0

.639

x 1

0-5/

K2

–γN

i= 0

.69

x 10

-8/K

3

•Par

a o

caso

do

Cob

re e

ntre

-50

e 18

0 o C

tem

os:

–αC

u=

4260

x10-

6/K

()

...1

32

++

++

⋅=

TT

TR

Ro

βα

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Var

iaçã

o da

resi

stên

cia

com

a te

mpe

ratu

ra p

ara

Plat

ina,

Níq

uel e

Cob

re

N

iPt

Cu

0

2

00

4

00

6

00

T

(o C)

RT/R

o4.

0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Liga

ção

dos T

erm

o-re

sist

ores

com

três

fios

.•U

ma

form

a us

ual d

e lig

ar e

ste

elem

ento

s de

form

a a

elim

inar

a re

sist

ênci

a do

s fio

s de

liga

ção

é us

ando

três

fios

ass

ocia

dos a

um

a po

nte

de W

heat

ston

e, a

ssim

doi

s fio

s sã

o ut

iliza

dos p

ara

real

izar

a e

xcita

ção

do e

lem

ento

sens

or, j

á qu

e es

te é

um

el

emen

to p

assi

vo e

um

fio

para

ext

rair

a te

nsão

de

saíd

a ju

nto

com

o o

utro

bra

ço d

a po

nte

de W

heat

ston

e.

RT

D

R3

Vo R

2R1

Vp

Cab

oB

linda

do

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Term

isto

res

•A re

sist

ênci

a de

alg

uns

sem

icon

duto

res a

pres

enta

mud

ança

s ex

pone

ncia

is d

e re

sist

ênci

a co

m a

te

mpe

ratu

ra, e

m g

eral

são

óxid

os

met

álic

os c

omo

crom

o, c

obal

to, f

erro

, m

anga

nês,

rutê

nio

e ní

quel

, m

istu

rado

s em

cer

tas p

ropo

rçõe

s par

a ob

ter u

ma

cons

tant

e do

term

isto

r ad

equa

da.

–Um

tipo

de

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isto

r den

omin

ado

NTC

, já

que

sua

resi

stên

cia

decr

esce

co

m a

tem

pera

tura

apr

esen

ta u

ma

varia

ção

que

pode

ser e

xpre

ssa

assi

m:

–co

m R

o=

Res

istê

ncia

a u

ma

tem

pera

tura

de

refe

rênc

ia e

m K

, –

T =

tem

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tura

abs

olut

a em

K,

–β

= co

nsta

nte

do te

rmis

tor.

To

NTC

eR

⋅=

-20

0

20

40

T (o C

)

RN

TC (K

Ω)

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Line

ariz

ação

de

Term

isto

res

Lin

eari

zaçã

o us

ando

res

isto

r em

par

alel

o

Lin

eari

zaçã

o us

ando

res

isto

r em

seri

e

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Piez

ores

isto

res e

stra

in g

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•Os p

iezo

resi

stor

es, s

train

gag

es

ou e

xten

sôm

etro

s elé

trico

s são

di

spos

itivo

s que

pro

duze

m a

m

udan

ça d

a re

sist

ênci

a de

um

m

ater

ial c

ondu

tívo

em re

spos

ta a

um

a de

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ação

mec

ânic

a. E

ste

mat

eria

l pod

e se

r um

líqu

ido,

um

pl

ástic

o, u

m m

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ou

um

sem

icon

duto

r.•S

abe-

se q

ue u

m re

sist

or d

e ac

ordo

com

a le

i de

OH

M, p

ode

ser e

xpre

sso

assi

m:

–C

om:ρ

= re

sist

ivid

ade

do

elem

ento

, l =

com

prim

ento

do

resi

stor

e A

= se

ção

do re

sist

or.

•A su

a va

riaçã

o un

itária

est

á da

da

pela

s var

iaçõ

es d

e re

sist

ivid

ade

com

prim

ento

e se

ção:

•Def

ine-

se G

age

Fact

orco

mo

a va

riaçã

o un

itária

mul

tiplic

ado

pela

de

form

ação

mec

ânic

a no

ele

men

to

e =

( ∆l/l

) em

( µst

rain

):

Al

R⋅

AAll

RR∆

−∆

+∆

=∆

ρρ

νρρ

21 +

+∆∆

=∆∆

=

llllRR

G

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Stra

in G

ages

•Os s

train

gag

es sã

o im

plem

enta

dos d

as se

guin

tes m

anei

ras:

–Fio

s met

álic

os se

m c

olar

–Fio

s met

álic

os c

olad

os n

uma

supe

rfíc

ie–F

ilmes

met

álic

os e

m b

ase

polim

éric

a co

lado

s num

a su

perf

ície

–Film

es fi

nos d

epos

itado

s num

a su

perf

ície

–Film

es e

spes

sos d

epos

itado

s num

a su

perf

ície

–Sem

icon

duto

res c

olad

os n

uma

supe

rfíc

ie–S

emic

ondu

tore

s difu

ndid

os o

u im

plan

tado

s num

a su

perf

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Stra

in G

age

de

Film

e M

etál

ico

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Util

izaç

ão d

e St

rain

Gag

es

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Tipo

s de

Stra

in G

ages

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Elem

ento

s com

ele

trodo

s•O

s ele

men

tos c

om e

letro

dos

conv

erte

m c

erta

s qua

ntid

ades

qu

ímic

as e

m si

nais

elé

trico

s, em

ger

al

são

conf

igur

ados

com

o um

re

serv

atór

io c

om u

m fl

uido

el

etro

cond

utív

o e

dois

ou

mai

s el

etro

dos.

Num

a so

luçã

o el

etro

lític

a po

de a

cont

ecer

a d

isso

ciaç

ão q

ue é

a

sepa

raçã

o de

mol

écul

as e

m d

ois o

u m

ais f

ragm

ento

s ou

ions

, que

pos

suem

ca

rgas

elé

trica

s. •O

s ion

s pos

itivo

s são

cha

mad

os d

eca

tions

dado

que

são

atra

ídos

pel

o cá

todo

(-) d

a cé

lula

com

ele

trodo

s. •O

s ion

s neg

ativ

os sã

o ch

amad

o ân

ions

dad

o qu

e sã

o at

raíd

os p

elo

ânod

o (+

)da

célu

la c

om e

letro

dos.

•Se

elet

rodo

s met

álic

os sã

o im

erso

s nu

ma

solu

ção

com

peq

uena

co

ncen

traçã

o de

ions

pos

itivo

s, al

guns

át

omos

dos

ele

trodo

serã

o di

ssol

vido

s, pa

ra m

ante

r a n

eutra

lidad

e de

car

ga,

porta

nto

um p

oten

cial

elé

trico

apa

rece

ra

nest

e el

etro

do, e

m re

laçã

o a

um e

letro

do

de re

ferê

ncia

, cha

mad

o po

tenc

ial d

e N

erst

:

–co

m: E

= p

oten

cial

no

elet

rodo

(V),

E o=

Pote

ncia

l a te

mpe

ratu

ra e

con

cent

raçã

o pa

drão

(V),

R =

8,3

17 =

Con

stan

te

univ

ersa

l dos

gas

es (J

/K),

T= te

mpe

ratu

ra

abso

luta

(K),

n =

val

ênci

aio

nica

, F =

96

487

cons

tant

e de

Fara

day

(C/g

-eq)

, c =

co

ncen

traçã

o de

ions

(Mol

/L),

f =

coef

icie

nte

de a

tivid

ade

ioni

ca.

() c

fnFRT

EE

o⋅

+=

ln

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

Med

ida

de p

oten

ciai

s (pH

)

–O

pH

é d

efin

ido

com

o:

•Um

solu

ção

com

pH

= 7

é d

ita

neut

ra, c

om p

H >

7 ác

ida

e co

m

pH<7

alc

alin

a.•O

pH

de

solu

ções

é o

btid

o a

parti

r de

med

içõe

s da

dife

renç

a de

po

tenc

ial e

ntre

doi

s ele

trodo

s, um

de

les é

o e

letro

do d

e m

edid

a e

o ou

tro o

ele

trodo

de

refe

rênc

ia o

u el

etro

do p

adrã

o de

hid

rogê

nio.

•Os e

letro

dos r

eque

rem

um

a co

nstru

ção

espe

cial

par

a ob

ter u

m

pote

ncia

l de

Ner

st a

ssim

:

•com

:Eo

= Po

tenc

ial p

ara

pH=0

(V

), b

= co

nsta

nte

defin

ida

pelo

tip

o de

ele

trodo

s e te

mpe

ratu

ra d

a so

luçã

o (V

/pH

).

=Hidrogênio

deions

deão

concentraç

pH_

__

_1

log 10

bpH

EE

o+

=

IPT

DE

M/D

ITT

/DE

C

pH

•Na

Figu

ra p

ode-

se v

erifi

car u

ma

impl

emen

taçã

o do

s ele

trodo

s de

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rênc

ia e

de

med

ida

para

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de

hidr

ogên

io.

•O e

letro

do d

e m

edid

a de

Ag-

AgC

l(P

rata

-Clo

reto

de

Prat

a) e

stá

cobe

rto

por u

ma

mem

bran

a de

vid

ro

perm

eáve

l a io

ns d

e hi

drog

ênio

e o

el

etro

do d

e re

ferê

ncia

é m

ais

com

plex

o co

m o

obj

etiv

o de

ger

ar u

m

pote

ncia

l est

ável

par

a re

aliz

ar a

m

edid

a.

•A te

nsão

ger

ada

pelo

s ele

trodo

s é

lida

por u

m c

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a a

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men

tos c

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ções

na

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om v

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C⋅

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prie

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ele

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DE

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