(a) O semicondutor usado no experimento é tipo
(portadores de carga positivos) ou tipo
(portadores de carga negativos)?
(b) Se para tal semicondutor a densidade de portadores de carga é
, qual é a velocidade de deriva desses portadores de carga? Descubra o módulo do campo magnético aplicado. Considere
e a área da seção transversal do semicondutor
. R. (a) tipo
. (b)
.
(b) Se para tal semicondutor a densidade de portadores de carga é
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um semicondutor que pode ser do tipo
ou
. Além disso, precisamos calcular a velocidade de deriva dos portadores de carga e o módulo do campo magnético aplicado, usando algumas informações fornecidas como densidade de portadores, dimensões do semicondutor e área da seção transversal. Vamos precisar de conceitos de semicondutores, densidade de portadores, velocidade de deriva e relação com o campo magnético.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar se o semicondutor é do tipo
ou
. A questão nos dá uma resposta, mas vamos entender como determinar isso. Em semicondutores tipo
, os portadores de carga são lacunas (positivos), e em tipo
, são elétrons (negativos). A identificação pode depender de informações adicionais do experimento, como dopagem, mas como a resposta é dada como tipo
, vamos considerar que o semicondutor é tipo
.
Passo 3
Agora, vamos para a parte (b). Queremos encontrar a velocidade de deriva (
) dos portadores de carga. A velocidade de deriva está relacionada à densidade de corrente (
) e à densidade de portadores (
) pela fórmula:
Onde:
-
é a densidade de corrente, -
é a densidade de portadores de carga, -
é a carga de cada portador, -
é a velocidade de deriva.
Precisamos rearranjar para encontrar
:
Passo 4
Para encontrar
, usamos a Lei de Ohm, que relaciona a corrente (
), a área da seção transversal (
), o campo elétrico (
) e a resistividade (
):
Onde
é a condutividade elétrica, mas como não temos
, precisamos de outra abordagem.
Sabemos que a resistência (
) de um material é dada por:
Onde
é o comprimento e
é a área da seção transversal. Porém, sem informação de resistência ou voltagem, vamos supor que precisamos usar uma relação entre velocidade de deriva e campo elétrico.
A velocidade de deriva também pode ser relacionada ao campo elétrico pela mobilidade (
):
Mas sem
, precisamos seguir com as informações dadas.
Passo 5
Dado que não temos todas as variáveis, vamos assumir que o campo elétrico é relacionado ao campo magnético e à força magnética agindo sobre os portadores de carga. A força magnética (
) é dada por:
Em equilíbrio, essa força pode ser igualada à força elétrica, mas sem mais informações, vamos usar a relação direta para encontrar
.
Passo 6
A densidade de portadores
precisa ser convertida para
:
A área da seção transversal
.
Passo 7
Para calcular
, precisamos de uma relação direta. Se considerarmos uma corrente, mas como não temos corrente, vamos usar as informações fornecidas na resposta para calcular
:
Em seguida, para encontrar o campo magnético
:
Resposta
(a) Tipo
.
(b)
;
.