Comportamiento Eléctrico de los Materiales

Ley de Ohm

1. Los electrones son los portadores de carga
2. Los enlaces, las imperfecciones y la microestructura afectarán a la conductividad
3. Los enlaces metálicos transportan mejor la electricidad
4. Estructura FCC (ej: Cu)

Teoría de las Bandas

1. Los electrones ocupan los niveles de energía aleatoriamente
2. Principio de Pauli: “cada orbital de energía solo contendrá dos electrones”

Conductividad

1. Queda determinada por la estructura electrónica de sus átomos
2. Varía entre metales, cerámicos y polímeros
3. Puede cambiar influyendo en la movilidad de los electrones
4. La movilidad se relaciona con la velocidad de desplazamiento de los electrones
5. Se ve afectada por el aumento de temperatura y la existencia de imperfecciones de red
6. Concepto de “trayectoria libre media”

Efecto de las Imperfecciones de Red

1. Los defectos cristalinos dispersan los electrones
2. Los defectos y las impurezas aumentan la resistividad
3. Vacancias, dislocaciones y límites de grano también reducen la conductividad
4. Todos estos factores son tomados como imperfecciones

Efecto del Endurecimiento

1. Endurecimiento por solución sólida: se obtiene alta resistencia mecánica pero disminuyendo la conductividad
2. Al tener distribuidos aleatoriamente los átomos intersticiales y sustitucionales, las trayectorias libres medias son mínimas
3. Endurecimiento por envejecimiento es menos agresivo con la conductividad

– Entre los precipitados existe una trayectoria libre media más larga comparada con los defectos puntuales

1. Endurecimiento por deformación y el control del tamaño de grano son incluso más afables con la conductividad
2. Como las dislocaciones y los bordes de grano están más alejados entre sí, existen grandes volúmenes de metal con trayectoria libre media muy larga.

El trabajo en frío es una manera eficaz de incrementar la resistencia a un conductor metálico sin perjudicar sus propiedades conductoras

Superconductividad

1. Algunos cristales se comportan como superconductores cuando son enfriados hasta el cero absoluto
2. La resistividad se vuelve cero
3. El cambio de conductor a superconductor ocurre a la temperatura crítica Tc

Semiconductores Intrínsecos

1. Construyen gran parte de los dispositivos de uso común
2. Silicio y Germanio puros se comportan así
3. Al controlar la temperatura se controla el número de portadores y, por lo mismo, la conductividad eléctrica
4. Variaciones de conductividad poco controlables

Semiconductores Extrínsecos

1. Contrariamente a los intrínsecos, poseen un comportamiento estable
2. Se agrega intencionalmente un pequeño número de impurezas (dopado)
3. La conductividad del extrínseco dependerá de la cantidad de dopantes

Semiconductores n y p

1. Silicio y Germanio son enlazados con impurezas del grupo III y V generando imperfecciones en los enlaces
2. Materiales intermetálicos y cerámicos se comportan similar al silicio y germanio
3. A menudo son reemplazados por semiconductores estequiométricos

Aplicaciones

1. Termistores: la conductividad depende de la temperatura (alarmas de incendio)
2. Transductores de presión: Se aplica presión a un semiconductor, forzando a los átomos a acercarse; como resultado, aumenta la conductividad
3. Rectificadores: unen semiconductores n y p, el desequilibrio resultante crea un voltaje
4. Transistores de unión bipolar: interruptor o amplificador (CPU por su rápida respuesta)
5. Transistores de efecto de campo: almacenar información en la memoria de computadores
6. Se requieren dispositivos de poco consumo energético, muy rápidos y al mismo tiempo económicos.

Aislantes y Propiedades Dieléctricas

1. Materiales cerámicos y poliméricos: poseen alta resistividad
2. Gran brecha entre las bandas de valencia y de conducción
3. Comportamiento dieléctrico (polarización)

Polarización

1. Se aplica un campo magnético a un material
2. Los dipolos se alinean con la dirección del campo eléctrico
3. P = polarización (C/m²)
4. Z = n° de centros de cargas
5. q = carga
6. d = distancia entre los polos del dipolo

Propiedades Dieléctricas y Aplicaciones

1. Constante dieléctrica
   1. Capacitancia en el vacío
      1. 1. ε₀ = permisividad en el vacío
         2. A = área de las placas del capacitor
         3. D = distancia entre las placas

Capacitancia con dieléctrico

ε = permisividad del dieléctrico

Cálculo de la constante dieléctrica

1. Resistencia dieléctrica
   1. Campo dieléctrico máximo (ξ) que resiste un dieléctrico entre conductores
   2. Fija la C_max y Q_max
2. CAPACITORES
   1. Capacitancia, para un capacitor de n placas paralelas, con constante dieléctrica definida
3. AISLANTES ELÉCTRICOS:
   1. Deben ser dieléctricos
   2. Poseen alta resistividad eléctrica y alta resistencia dieléctrica
   3. No deben presentar impurezas
   4. Constante dieléctrica baja

Piezoelectricidad y Electrostricción

1. Electrostricción:
   1. La polarización (iónica o molecular) cambia las dimensiones del material
2. Material piezoeléctrico:
   1. Cuando un dieléctrico cambia sus dimensiones, ocurre polarización, creándose un voltaje o un campo eléctrico
3. Aplicaciones: balanzas, dispositivos de detección de calor, transductores (convierten ondas acústicas en campos eléctricos)

Ferroelectricidad

1. Materiales ferroeléctricos:
   1. Son los que retienen polarización, una vez retirado el campo eléctrico
   2. Un dipolo influye sobre los dipolos colindantes, para tener alineación eléctrica idéntica
   3. Capaces de mantener la polarización, por lo que mantienen y conservan información