Departamento de Engenharia Electrónica e Informática
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Termodinâmica e Estrutura da Matéria

Conteúdos programáticos:

I. Sistemas Termodinâmicos.
II. Energia e o Primeiro Princípio da Termodinâmica
III. Entropia e o Segundo Princípio da Termodinâmica.
IV. Luz, Matéria, Forças e Campos Fundamentais
V. Núcleos, Átomos e Moléculas
VI. Cristais
VII. Dielétricos
VIII. Metais
IX. Semicondutores

Objecto da Aprendizagem (programa)

Introdução
Sistemas termodinâmicos. Sistemas fechados e sistemas isolados. Equilíbrio termodinâmico. Variáveis de
estado. Funções de estado. Equilíbrio térmico, mecânico e químico. Temperatura. Princípio Zero da Termodinâmica. Escalas empíricas de temperatura. Grandezas termométricas. Escala de temperatura dos gases ideais. Escalas de temperatura Celsius e Fahrenheit. Equações de estado. (2 horas).


Energia e o Primeiro Princípio da Termodinâmica
Processos quasi-estáticos. Representação gráfica de processos quasi-estáticos. Trabalho. Interpretação geométrica de trabalho em processos quasi-estáticos. Sistemas adiabaticamente isolados. Energia interna. Energia interna de gases ideais. Calor. Primeiro princípio da Termodinâmica. Capacidade calorífica e calor específico. Trabalho e calor em processos quasi-estáticos: processos isocóricos, isobáricos, isotérmicos e adiabáticos. (4 horas).


Entropia e o Segundo Princípio da Termodinâmica
Formulações do Segundo Princípio da Termodinâmica segundo Clausius e Kelvin. Equivalência das duas formulações do Segundo Princípio da Termodinâmica. Processos reversíveis e irreversíveis. Ciclos termodinâmicos. Ciclo de Carnot. Rendimento do ciclo de Carnot. Ciclo inverso de Carnot. Eficiência do ciclo inverso de Carnot. Teorema de Carnot. Escala termodinâmica de temperatura. Equivalência entre a escala termodinâmica de temperatura e a escala de temperatura dos gases ideais. Máquinas térmicas reais: ciclo de Otto (motor a gasolina) e ciclo de Diesel (motor a diesel). (4 horas).

Luz; Matéria, Forças e campos fundamentais (3 horas).

Núcleos, Átomos e Moléculas: (4 horas).

Matéria condensada (cristais)
: Estrutura periódica da rede atómica dos cristais. Tipos de estrutura cristalina. Propriedades elásticas de cristais. Modos de vibração da rede cristalina – fonões. Zonas de Brillouin. (2 horas).

Dieléctricos: Modelos de Einstain e de Debye. Teoria de Debye de capacidade calorífica de dieléctricos. Expansão térmica. Condutividade térmica. (2 horas).

Metais: Electrões numa rede periódica – bandas. Gás de electrões livres. Funções de Bloch. Densidade dos estados de electrões. Função de distribuição de Fermi-Dirack. Capacidade calorífica de gás dos electrões. Electrocondutividade – modelo de Sommerfeld. Condutividade térmica dos metais. (2 horas).

Semicondutores: Estrutura cristalina e estrutura de bandas electrónicas. Concentração de portadores de carga intrínsecos. Electrocondutividade intrínseca. Condutividade de impurezas. Ionizasão térmica de doadores e receptores. Mobilidade em presença de impurezas. Junções p–n. Rectificação. Células solares e detectores fotovoltáicos. Barreira de Schottky. Osciladores com efeito de Gunn. Efeitos termoeléctricos em semicondutores. (4 horas).

Trabalhos práticos:

Leis dos Gases Ideais. (2.5 horas).
Expansão Térmica. (2.5 horas).
Calorimetria. (2.5 horas).
Efeito fotoeléctrico. (2.5 horas).
Radioactividade. (2.5 horas).
Efeitos termoeléctricos (2.5 horas).

Bibliografia:

  1. B. P. Finn, Thermal Physics, Chapman & Hall, 2ª edição, 1993.
  2. M. W. Zemansky and R. H. Dittman, Heat and Thermodynamics, McGraw-Hill, 6ª edição, 1981.
  3. E. Fermi, Thermodynamics, Dover Publications, New York, 1956.
  4. J. Guémez, C. Fiolhais e M. Fiolhais, Fundamentos de Termodinâmica do Equilíbrio, Fundação Calouste Gulbenkian, 1998.
  5. Y. A Cengel e M. A. Boles, Thermodynamics: an Engineering Approach, McGraw-Hill, 3ª edição, 1998.
  6. P. Sá, Termodinâmica, Ed. Associação Académica da UAlg, 1999.
  7. P.C.W.Davies “The forces of nature”, Cambridge University Press, 1986.
  8. G.D. Coughlan, J.E.Dodd “The ideas of particle physics”, Cambridge University Press, 1991.
  9. T. Mayer – Kuckuk “Física nuclear”, Fundação Calouste Gulbenkian, 1993.
  10. L.Salgueiro, J. Gomes Ferreira “Introdução à Física Atómica e Nuclear”, V1, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1970.
  11. M.Born “Física Atómica”, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1969.
  12. Ch. Kittel “Introdução à Física do Estado Sólido”,
  13. S.M. Sze “Physics of Semiconductor Devices”, Murray Hill, 1981.
  14. F.J.Blatt “Modern physics”, McGraw-Hill, 1992.

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