miércoles, 11 de febrero de 2009

MATERIALES CONDUCTORES,SEMICONDUCTORES Y AISLANTES Y LA INFLUENCIA DE LA BARRERA DE POTENCIAL

MATERIALES CONDUCTORES, SEMICONDUCTORES Y AISLANTES ELECTRICOS Y LA INFLUENCIA DE LA BARRERA DE POTENCIAL EN ELLOS

Los distintos materiales que existen en la naturaleza se pueden clasificar de acuerdo a su conductividad eléctrica, esto se debe a su capacidad de poseer electrones libres que son los que conducen la electricidad.

LOS MATERIALES CONDUCTORES

CONDUCTORES: Se dice que un cuerpo es conductor eléctrico cuando puesto en contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite ésta a todos los puntos de su superficie. Generalmente elementos, aleaciones o compuestos con electrones libres que permiten el movimiento de cargas. Los conductores son todos aquellos que poseen menos de 4 electrones en su última capa de valencia. Los elementos capaces de conducir la electricidad cuando son sometidos a una diferencia de potencial eléctrico más comunes son los metales, siendo el cobre el mas usado de entre todos ellos, otro metal utilizado es el aluminio y en aplicaciones especiales, debido a su baja resistividad y dureza a la corrosión, se usa el oro.
TIPOS Y CARACTERISTICAS:
Conductores Sólidos: Metales
Características Físicas: buenos conductores eléctricos y térmicos, brillantes, una vez pulidos, y estructura cristalina en estado sólido, resistencia a la fatiga o capacidad de soportar una fuerza o presión continuadas, dureza o resistencia a ser rayados; resistencia longitudinal o resistencia a la rotura.
Características Químicas: Valencias positivas: Tienden a ceder electrones a los átomos con los que se enlazan, tienden a formar óxidos básicos, energía de ionización baja: reaccionan con facilidad perdiendo electrones para formar iones positivos o cationes.
Características Eléctricas: mucha resistencia al flujo de electricidad. Todo átomo de metal tiene únicamente un número limitado de electrones de valencia con los que unirse a los átomos vecinos. La elevada conductividad eléctrica y térmica de los metales se explica así por el paso de electrones a estas bandas con defecto de electrones, provocado por la absorción de energía térmica.
Conductores Líquidos: El agua, con sales como cloruros, sulfuros y carbonatos que actúan como agentes reductores (donantes de electrones), conduce la electricidad. .Algunos otros líquidos pueden tener falta o exceso de electrones que se desplacen en el medio. Son iones, que pueden ser cationes, (+) o aniones (-).
Conductores Gaseosos: Valencias negativas (se ioniza negativamente). Tienden a adquirir electrones. Tienden a formar óxidos ácidos.
Ejemplos: Oro, plata, bronce.
En el comportamiento de los conductores no influye la barrera de potencial ya que esta no se interpone en las bandas de valencia por lo tanto no impide que la electricidad se transmita hacia otro material.
Son conductores eléctricos aquellos materiales que tienen electrones de valencia relativamente libres.
Los elementos capaces de conducir la electricidad cuando son sometidos a una diferencia de potencial eléctrico más comunes son los metales, siendo el cobre el mas usado de entre todos ellos, otro metal utilizado es el aluminio y en aplicaciones especiales, debido a su baja resistividad y dureza a la corrosión, se usa el oro. Aunque todos los metales son conductores eléctricos existen otros materiales, no metálicos, que también poseen la propiedad de conducir la electricidad como son el grafito, las soluciones salinas (p.e. el agua de mar) y cualquier material en estado de plasma.

LOS MATERIALES AISLANTES

AISLANTES: Se denomina aislante eléctrico al material con escasa conductividad eléctrica. El comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que se establece entre las bandas de valencia y conducción que dificulta la existencia de electrones libres capaces de conducir la electricidad a través del material, el aislante es el que posee más de 4 electrones en su última capa de valencia.
TIPOS Y CARACTERISTICAS:
Aislantes Sólidos: Un buen aislante entre vueltas de las bobinas de transformadores es el cartón prensado, el cual da forma a estructuras de aislamiento rígidas. En los sistemas de aislamiento de transformadores destacan las cintas sintéticas, que se utilizan para envolver los conductores magnéticos de los bobinados.
Aislantes Líquidos: Los fluidos o líquidos dieléctricos cumplen la doble función de aislar los bobinados en los transformadores y disipar el calor al interior de estos equipos. El líquido dieléctrico más empleado es el aceite mineral. El problema es que es altamente inflamable. Fluidos dieléctricos sintéticos, (hidrocarburos) con alto punto de inflamación.
Aislantes Gaseosos: Los gases aislantes más utilizados en los transformadores son el aire y el nitrógeno, este último a presiones de 1 atmósfera. Estos transformadores son generalmente de construcción sellada. El aire y otros gases tienen elevadísima resistividad y están prácticamente exentos de pérdidas dieléctricas.
El comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que se establece entre las bandas de valencia y conducción que dificulta la existencia de electrones libres capaces de conducir la electricidad a través del material (para más detalles ver semiconductor).
Los materiales aislantes son mejor conocidos como aquellos que tiene sus electrones de valencia relativamente fijos formando enlaces no conductores eléctricos.
Ejemplos: Oxigeno, azufre, diamante.

LOS MATERIALES SEMICONDUCTORES

SEMICONDUCTORES: Un semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante dependiendo del campo eléctrico en el que se encuentre, capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal.
El elemento semiconductor más usado es el silicio, aunque idéntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos II y III con los de los grupos VI y V respectivamente (AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). De un tiempo a esta parte se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s²p².

Los semiconductores, en los que el salto de energía es pequeño, del orden de 1 eV, por lo que suministrando energía pueden conducir la electricidad; pero además, su conductividad puede regularse, puesto que bastará disminuir la energía aportada para que sea menor el número de electrones que salte a la banda de conducción; cosa que no puede hacerse con los metales, cuya conductividad es constante, o mas propiamente, poco variable con la temperatura.
TIPOS Y CARACTERISTICAS:
Semiconductores Intrínsecos: En un semiconductor intrínseco también hay flujos de electrones y huecos, aunque la corriente total resultante sea cero. Esto se debe a que por acción de la energía térmica se producen los electrones libres y los huecos por pares, por lo tanto hay tantos electrones libres como huecos con lo que la corriente total es cero
Semiconductores Extrínsecos: Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado. Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente átomo de silicio.
Semiconductor Tipo N: Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso negativas o electrones).Cuando el material dopante es añadido, éste aporta sus electrones más débilmente vinculados a los átomos del semiconductor. Este tipo de agente dopante es también conocido como material donante ya que da algunos de sus electrones. El propósito del dopaje tipo n es el de producir abundancia de electrones portadores en el material.
Semiconductor Tipo P: Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso positivos o huecos).Cuando el material dopante es añadido, éste libera los electrones más débilmente vinculados de los átomos del semiconductor. Este agente dopante es también conocido como material aceptor y los átomos del semiconductor que han perdido un electrón son conocidos como huecos. El propósito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos.

Unión Pn. Barrera De Potencial. Diodo
Supongamos que se dispone de un monocristal de silicio puro, dividido en dos zonas con una frontera nítida, definida por un plano. Una zona se dopa con impurezas de tipo P y la otra de tipo N La zona P tiene un exceso de huecos, y se obtiene introduciendo átomos del grupo III en la red cristalina La zona N dispone de electrones en exceso, procedentes de átomos del grupo V. En ambos casos se tienen también portadores de signo contrario, aunque en una concentración varios órdenes de magnitud inferior (portadores minoritarios).
En cada zona la carga total es neutra: por cada electrón hay un ion positivo, y por cada hueco un ion negativo, es decir, no existen distribuciones de carga neta, ni campos eléctricos internos
El efecto es que los electrones y los huecos cercanos a la unión de las dos zonas la cruzan y se instalan en la zona contraria, es decir:

Electrones de la zona N pasan a la zona P.
Huecos de la zona P pasan a la zona N.
En un semiconductor característico o puro como el silicio, los electrones de valencia (o electrones exteriores) de un átomo están emparejados y son compartidos por otros átomos para formar un enlace covalente que mantiene al cristal unido. Estos electrones de valencia no están libres para transportar corriente eléctrica. Para producir electrones de conducción, se utiliza la luz o la temperatura, que excita los electrones de valencia y provoca su liberación de los enlaces, de manera que pueden transmitir la corriente. Las deficiencias o huecos que quedan contribuyen al flujo de la electricidad (se dice que estos huecos transportan carga positiva). Éste es el origen físico del incremento de la conductividad eléctrica de los semiconductores a causa de la temperatura.

MI OPINION GENERAL DEL TEMA ABORDADO:

Yo concluyo esta primera actividad con que es fundamental saber los tipos de materiales eléctricos, que son los conductores: que permiten el paso de las cargas eléctricas tales como el cable de cobre ,el oro entre otros muchos ,de la misma manera es indispensable tener conocimiento de que los electrones de valencia en este tipo de material se encuentran de manera relativamente libre, cabe mencionar que la barrera potencial en este caso no se interpone en la fluidez de las cargas al igual que tampoco en la conductividad, los aislantes son todo lo contrario a los materiales conductores debido a que ellos impiden que la electricidad fluya dentro del circuito, específicamente estos tienen su electrones de valencia muy fijos, y se debe principalmente a la barrera potencial que impide que los electrones circulen, porque se interpone en las bandas de valencia y en la conductividad eléctrica, tenemos que saber también sobre los materiales semiconductores ya que estos pueden o no conducir corriente eléctrica es decir ellos pueden actuar como materiales conductores eléctricos o como aislantes ya que depende del campo eléctrico en el que este se encuentren , puede conducir cargas eléctricas mejor que un material aislante o peor que un material conductor.
En la vida diaria siempre están presentes por eso debemos de saber su uso para aplicarlo correctamente.

8 comentarios:

  1. wuaw tu investigacion es mui extensa,te esperaste mucho en ella.
    me parece muy original que pusieras tu opinion sobre el trabajo.

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  2. HOLA

    ESTA MUY BUENA TU INVESTIGACION ESPESIFICAS MUY BIEN TODOS LOS CONSEPTOS Y LA VERDAD ESTOY DEACUERDO CON LA OPINION DEL FINAL

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  3. Excelente trabajo y conclusion.
    Calif 10

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  4. un trabajo muy desarollado y muy bien hecho pero no se ha precisado como influye la temperatura en la conductividad de todos estos tipos de materiales s_wito113@hotmail.com

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  5. GENIAL! Gracias por hacer mi tarea jaja

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