Materiales conductores semiconductores y aislantes

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Materiales conductores semiconductores y aislantes

  1. 1. • Los distintosmateriales queexisten en lanaturaleza se puedenclasificar de acuerdoa su conductividadeléctrica, esto sedebe a su capacidadde poseer electroneslibres que son losque conducen laelectricidad. AislanteConductorSemiconductor
  2. 2. • Se dice que un cuerpo es conductoreléctrico cuando puesto en contacto conun cuerpo cargado de electricidadtransmite ésta a todos los puntos de susuperficie. Generalmenteelementos, aleaciones o compuestos conelectrones libres que permiten elmovimiento de cargas. Los conductoresson todos aquellos que poseen menos de 4electrones en su última capa de valencia.Los elementos capaces de conducir laelectricidad cuando son sometidos a unadiferencia de potencial eléctrico máscomunes son los metales, siendo el cobreel mas usado de entre todos ellos, otrometal utilizado es el aluminio y enaplicaciones especiales, debido a su bajaresistividad y dureza a la corrosión, seusa el oro.
  3. 3. • Conductores Sólidos: Metales• Conductores Líquidos: El agua, con sales como cloruros, sulfuros ycarbonatos que actúan como agentes reductores (donantes deelectrones), conduce la electricidad. .Algunos otros líquidos puedentener falta o exceso de electrones que se desplacen en el medio. Soniones, 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 depotencial ya que esta no se interpone en las bandas de valencia por lotanto no impide que la electricidad se transmita hacia otro material.Son conductores eléctricos aquellos materiales que tienen electronesde valencia relativamente libres.
  4. 4. • Características Eléctricas: mucha resistencia al flujo de electricidad.Todo átomo de metal tiene únicamente un número limitado deelectrones de valencia con los que unirse a los átomos vecinos. Laelevada conductividad eléctrica y térmica de los metales se explica asípor el paso de electrones a estas bandas con defecto deelectrones, provocado por la absorción de energía térmica.• Características Físicas: Buenos conductores eléctricos ytérmicos, brillantes, una vez pulidos, y estructura cristalina en estadosólido, resistencia a la fatiga o capacidad de soportar una fuerza opresión continuadas, dureza o resistencia a ser rayados; resistencialongitudinal o resistencia a la rotura.• Características Químicas: Valencias positivas: Tienden a cederelectrones a los átomos con los que se enlazan, tienden a formar óxidosbásicos, energía de ionización baja: reaccionan con facilidad perdiendoelectrones para formar iones positivos o cationes.
  5. 5. • Un semiconductor es una sustancia que se comportacomo conductor o como aislante dependiendo del campoeléctrico en el que se encuentre, capaz de conducir laelectricidad mejor que un aislante, pero peor que unmetal.El elemento semiconductor más usado es elsilicio, aunque idéntico comportamiento presentan lascombinaciones de elementos de los grupos II y III conlos de los grupos VI y V respectivamente.De un tiempoa esta parte se ha comenzado a emplear también elazufre. La característica común a todos ellos es queson tetravalentes, teniendo el silicio una configuraciónelectrónica s²p².• Además, su conductividad puede regularse, puesto quebastará disminuir la energía aportada para que seamenor el número de electrones que salte a la banda deconducción; cosa que no puede hacerse con losmetales, cuya conductividad es constante, o maspropiamente, poco variable con la temperatura.
  6. 6. • Semiconductor Intrínseco: En un semiconductorintrínseco también hay flujos de electrones yhuecos, aunque la corriente total resultante seacero. Esto se debe a que por acción de la energíatérmica se producen los electrones libres y loshuecos por pares, por lo tanto hay tantoselectrones libres como huecos con lo que lacorriente total es cero• Semiconductor Extrínseco: Si a unsemiconductor intrínseco, como el anterior, se leañade un pequeño porcentaje de impurezas, esdecir, elementos trivalentes o pentavalentes, elsemiconductor se denomina extrínseco, y se diceque está dopado. Evidentemente, las impurezasdeberán formar parte de la estructuracristalina sustituyendo al correspondienteátomo de silicio.
  7. 7. • Semiconductor Tipo N: Se obtiene llevando a caboun proceso de dopado añadiendo un cierto tipo deátomos al semiconductor para poder aumentar elnúmero de portadores de carga libres (en estecaso negativos).Cuando el material dopante esañadido, éste aporta sus electrones másdébilmente vinculados a los átomos delsemiconductor. El propósito del dopaje tipo N es elde producir abundancia de electrones portadoresen el material.• Semiconductor Tipo P: Se obtiene llevando a caboun proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo deátomos al semiconductor para poder aumentar elnúmero de portadores de carga libres (en estecaso positivos).Cuando el material dopante esañadido, éste libera los electrones más débilmentevinculados de los átomos del semiconductor. Elpropósito del dopaje tipo P es el de crearabundancia de huecos.
  8. 8. • Se denomina aislante eléctricoal material con escasaconductividad eléctrica. Elcomportamiento de los aislantesse debe a la barrera depotencial que se estableceentre las bandas de valencia yconducción que dificulta laexistencia de electrones librescapaces de conducir laelectricidad a través delmaterial, el aislante es el queposee más de 4 electrones ensu última capa de valencia.
  9. 9. • Aislantes Sólidos: Un buen aislante entrevueltas de las bobinas de transformadores es elcartón prensado, el cual da forma a estructurasde aislamiento rígidas. En los sistemas deaislamiento de transformadores destacan lascintas sintéticas, que se utilizan para envolverlos conductores magnéticos de los bobinados.• Aislantes Líquidos: Los fluidos o líquidosdieléctricos cumplen la doble función de aislarlos bobinados en los transformadores y disiparel calor al interior de estos equipos. El líquidodieléctrico más empleado es el aceite mineral. Elproblema es que es altamente inflamable.Fluidos dieléctricos sintéticos, (hidrocarburos)con alto punto de inflamación.
  10. 10. • Aislantes Gaseosos: Los gases aislantes más utilizadosen los transformadores son el aire y el nitrógeno, esteúltimo a presiones de 1 atmósfera. Estostransformadores son generalmente de construcciónsellada. El aire y otros gases tienen elevadísimaresistividad y están prácticamente exentos depérdidas dieléctricas. El comportamiento de losaislantes se debe a la barrera de potencial que seestablece entre las bandas de valencia y conducciónque dificulta la existencia de electrones libres capacesde conducir la electricidad a través del material (paramás detalles ver semiconductor).Los materialesaislantes son mejor conocidos como aquellos que tienesus electrones de valencia relativamente fijosformando enlaces no conductores eléctricos.Ejemplos: Oxigeno, azufre, diamante.

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