Copyright (C) 2008, Edelmar Schneider.
Versão 0.1
Este curso de eletrônica é gratuito e oferecido sem quaisquer garantias. Ele pode ser visto no meu blog http://ocientistadiario.blogspot.com/ e pode ser impresso para uso pessoal. Não pode ser copiado ou usado para qualquer fim comercial sem a autorização do autor.
1. Introdução
Olha ao seu redor e para você mesmo, olhe para o monitor, para o vidro, para o plástico, para o seu cachorro. Sinta o ar que você respira. Tudo é composto de partículas bem pequenas conhecidas como átomos. Existem 117 tipo diferentes de átomos no universo conhecido. Porém em teoria pode haver mais. Destes tipos apenas uma pequena quantidade faz parte do nosso dia-a-dia. Os outros são raros, muitas vezes tóxicos, e alguns destes não foram encontrados na natureza, mas sim produzidos em laboratório.
Em uma barra de ferro puro, existem apenas átomos de ferro, e todos eles são idênticos*.
Porém nem todos os materiais são feitos de um único tipo de átomo. Pelo contrário, isso na verdade é bem incomum. Os átomos podem interagir uns com os outros formando diferentes materiais. Por exemplo, a água que é composta de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. Quando dois átomos interagem desta forma para formar outro tipo de matéria eles formam o que se chama de molécula. Então uma molécula de água (H2O) é formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio.
Nós seres humanos e outros animais somos formados por diversos tipos atômicos, e dentre estes tipos o átomo de carbono tem um papel especial, pois ele pode se ligar a até quatro átomos que podem ser também carbono ou outros tipos. Assim o carbono pode formar grandes estruturas moleculares de milhares de átomos, e assim forma estruturas complexas como carboidratos, lipídios e proteínas.
Neste ponto é conveniente dizer que não existe diferença entre um átomo de carbono que esteja no meio ambiente para um átomo de carbono que faça parte de um ser humano. Com isto eu quero dizer que não existe matéria morta e matéria viva. São conceitos abstratos criados pela mente humana, existe apenas matéria comum. É um bom momento para sair do pensamento comum e passar a perceber que não existe vida. Vida é um conceito fantasioso e paradoxal criada por mentes primitivas que não eram capazes de compreender a verdadeira estrutura das coisas. Ainda mais por que naquele tempo a ciência ainda não havia avançado a ponto de se conhecer o universo como o conhecemos hoje. Os chamados seres-vivos são maquina moleculares complexas e naturais, verdadeiros robôs que surgiram em meio a um mar caótico.
O que tudo isto tem a ver com eletrônica? Tem tudo a ver, seja paciente e estude a estrutura atômica com cuidado, caso contrario não será possível entender de verdade o assunto.
O átomo normalmente é representado por uma bolinha. Porém isto é apenas uma representação muito simplificada. Na verdade ninguém sabe exatamente como é um átomo. Existem dezenas de modelos teóricos. Os melhores cientistas do mundo trabalham a vida toda pensando e fazendo experimentos tentando descrever e criar modelos atômicos que permitam prever o comportamento atômico e sub-atômico. Apesar de ainda não termos um modelo definitivo, avanços são feitos diariamente E agora com o término do LHC (Large Hadrons Collider) o mundo vai avançar bem mais na estrutura da matéria.
Não se pode ver diretamente um átomo, pois eles são menores que a própria luz visível. A luz invisível pode ser menor que um átomo, mas é muito energética e acaba interferindo de tal modo com ele que não permite o seu estudo.
Para simplificar e ajudar a entender como assunto é complexo, basta saber que o átomo é uma nuvem de probabilidade e não se parece com nada que seja possível ver no cotidiano. Por tanto não se pode comparar o átomo. Ele não é como visto no segundo grau. Algo parecido com um sistema solar. Pelo contrário, é bem diferente disso.
Agora vamos as simplificações. Vamos ver um modelo simples que é satisfatório para o estudo mais fundamental da eletrônica.
Não fique triste por estudar em um modelo simplificado, isto é positivo e comum no meio cientifico. Você deve usar a ferramenta mais adequada para o serviço. Por enquanto não é necessário usar um modelo quântico para este estudo.
Para ter uma idéia como isto é válido vamos a um exemplo. A temperatura. Todos usamos medidas de temperatura o tempo todo, é muito útil. Porém a temperatura é uma simplificação extrema da média de movimentos aleatórios de átomos em um determinado material. Se fossemos tentar mensurar a velocidade dos átomos individualmente para cozinhar um pão o sistema ficaria complicado e não seria possível fazer nada. Por isto, simplificar é importante, e muitas vezes condição sine qua non.
2. Estrutura simplificada do átomo.
Os átomos são formados por diferentes quantidades de partículas menores, também simplificados como bolinhas. Estas partículas são o (N) Nêutron, o (P) Próton e o (E) Elétron. Exceto o elétron, as outras duas partículas são formadas por partículas ainda menores. Mas isto não importa. Para eletrônica e para a química em geral o que importa é do que os átomos são diretamente feitos.
O elemento químico mais simples é o Hidrogênio. Tem apenas um próton e um elétron. Por ter um único próton é o primeiro elemento. O segundo elemento é o hélio, tem dois prótons e por isto dois elétrons. O hélio tem também dois Nêutrons. O terceiro elemento é o Lítio com 3 prótons, 3 nêutrons e 3 elétrons. E assim vai. Neste momento é conveniente dar uma olhada em uma tabela periódica e pensar um pouco sobre os elementos químicos.
Como visto o que caracteriza o elemento químico é a quantidade de prótons. E não é comum átomo com apenas prótons, normalmente estão juntos os prótons os nêutrons e os elétrons.
E neste ponto começa aparecer a eletrônica. Muitas vezes conforme os elétrons se organizam na estrutura atômica, certo elementos tendem a atrair mais elétrons do que o número de prótons, ou o contrário. Tende a ter menos elétrons do que o número de prótons.
Neste momento é conveniente dar uma pausa no assunto átomo e falar um pouco sobre forças.
3. Forças da natureza.
Existem quatro forças fundamentais na natureza. Duas delas são comuns e estamos acostumados a ver no cotidiano. A força gravitacional, e a força elétrica. As outras duas forças são a força forte e força fraca que não veremos neste curso, pois não interessam diretamente à eletrônica.
Vamos a força gravitacional.
Imagine agora um universo vazio absolutamente vazio. Não há nada lá. Agora imagine que você coloque uma bola de ferro parada neste universo. Agora coloque outra bola a um metro de distância. Neste momento aparece uma força atrativa que puxa uma bola em direção a outra. E elas lentamente vão começar a se deslocar um em direção ao outro até colidir na metade do percurso. Não importa de que material as bolas serão feitas ou se serão bolas. Pode ser qualquer corpo, feito de qualquer material. Eles sempre vão se atrair um em direção ao outro. Por que isto acontece? Segundo o modelo de Einstein é devido à deformação do espaço-tempo. Mas você não precisa saber disso pra saber eletrônica, então vamos pular. Imagine se tivéssemos um tipo de força diferente onde fosse possível não só atrair como repelir.
Força elétrica.
A força elétrica diferente da gravitacional apresenta dois pólos. São nomeados de positivo e negativo. São apenas nomes e poderiam ser Zezinho e Luizinho. Objetos com propriedades elétricas iguais afastam-se e objetos com propriedades elétricas contrárias se atraem da mesma forma que com a força gravitacional
Os prótons têm propriedades positivas (+) e os elétrons têm propriedades negativas (-). É conveniente reforçar que o sinal +/- é apenas um símbolo para um tipo de propriedade elétrica e não tem nada a ver com matemática. Poderia ser qualquer desenho. Adotar estes símbolos foi uma escolha infeliz, pois os dois geram muita confusão com quem está aprendendo. Procure sempre se lembrar que (+) e (-) são apenas desenhos para representar as forças ou cargas elétricas.
O nêutron não tem propriedade elétrica nenhuma. Então ele não é atraído nem repelido pelas forças elétricas.
Vamos a um exemplo prático: O Sal de cozinha. Ele é formado por dois tipos de átomos. O sódio (Na) e o cloro (Cl). Os átomos de sódio têm 11 prótons e, portanto 11 elétrons. Já o cloro tem 17 prótons e 17 elétrons. Como o número de prótons e elétrons nestes átomos é igual, diz-se que eles não têm propriedade elétrica. Ou que eles têm carga zero. Se você arrancar um elétron do sódio ele vai apresentar um elétron a menos que o número de prótons. Ou seja, é o mesmo que dizer que ele tem um próton a mais. E como os prótons têm carga positiva então se diz que o sódio vai estar apresentando carga positiva. (+1).
Como foi dito anteriormente, certos tipos atômicos devido a sua organização interna tendem a acumular um elétron a mais ou a menos. Este é o caso do Sódio que tende a perde um elétron ficando com a carga positiva. Já o cloro tende a capturar um elétron a mais ficando, portanto com uma carga negativa. Lembra-se uma carga negativa é um elétron a mais. Temos um casamento perfeito juntando um Cloro com um Sódio. Um doa o elétron e o outro adota o elétron. Neste momento os dois átomos ficam com propriedades elétricas opostas. E se tratando de força-elétrica, propriedades opostas tendem a se atrair, os dois átomos se atraem e se mantém juntos formando o que se chama de ligação química do tipo predominantemente iônica. Vários conjuntos de átomos podem se juntar assim formando uma grande estrutura conhecida como cristal de cloreto de sódio.
4. Metais.
Os metais formam cristais-metálicos onde os elétrons ficam mais ou menos livres podendo se deslocar com relativa liberdade. Por isto é fácil arrancar elétrons de um metal ou colocar elétrons a mais. Por isto os metais são chamados condutores de eletricidade.
Imagine um cabo elétrico, você pode tirar elétrons de um lado, atraindo-os com uma carga elétrica oposta (positiva) e pode ir adicionando elétrons do outro lado do cabo. Assim o cabo se comporta como um cano por onde os elétrons passam.
5. Conclusão.
Existe na natureza uma força conhecida como elétrica que se manifesta de duas maneiras. A força chamada de positiva e a chamada de negativa. Os corpos podem apresentar uma das duas forças ou nenhuma. Se apresentarem a mesma força, eles vão tender a se afastar. Se apresentarem forças opostas tendem a se atrair. Se um deles não apresentar carga nenhuma não vai ser nem atraído nem repelido.
A força elétrica pode fazer com que os corpos se desloquem. Por exemplo, o elétron pode ser atraído de um átomo para o outro. Ou simplesmente de uma ponta de um fio para o outro.
*Pode haver variação quanto à quantidade de nêutrons em átomos de um mesmo elemento. Porém isto não altera sua reatividade química.
