Atomo

En química y física, átomo (del latín atomus, y éste del griego άτομος, indivisible) es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos.

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Estructura Atomo

La teoría aceptada hoy es que el átomo se compone de un núcleo de carga positiva formado por protones y neutrones, en conjunto conocidos como nucleó, alrededor del cual se encuentra una nube de electrones de carga negativa.

El núcleo atómico
El núcleo del átomo se encuentra formado por nucleones, los cuales pueden ser de dos clases:
Protones: Partícula de carga eléctrica positiva igual a una carga elemental, y 1,67262 × 10–27 kg y una masa 1837 veces mayor que la del electrón
Neutrones: Partículas carentes de carga eléctrica y una masa un poco mayor que la del protón (1,67493 × 10–27 kg)

Molecula

En química, una molécula es una partícula formada por un conjunto de átomos ligados por enlaces covalentes o metálicos (en el caso del enlace iónico no se consideran moléculas, sino redes cristalinas) , de forma que permanecen unidos el tiempo suficiente como para completar un número considerable de vibraciones moleculares. Constituye la mínima cantidad de una sustancia que mantiene todas sus propiedades químicas.

Materia

En física y filosofía, materia es el término para referirse a los constituyentes de la realidad material objetiva, entendiendo por objetiva que pueda ser percibida de la misma forma por diversos sujetos. Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos perceptibles o detectables por medios físicos.

Clasificacion

Desde el punto de vista electrico los materiales se clasifican en:

• Conductores.
• Aislantes.
• Semiconductores.
  

Materiales Conductores

Se llaman conductores eléctricos a los materiales que puestos en contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite ésta a todos los puntos de su superficie. Los mejores conductores eléctricos son los metales y sus aleaciones. 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. Para el transporte de la energía eléctrica, así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, el metal empleado universalmente es el cobre en forma de cables de uno o varios hilos. Alternativamente se emplea el aluminio, metal que si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del 60% de la del cobre es, sin embargo, un material mucho más ligero, lo que favorece su empleo en líneas de transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión. Para aplicaciones especiales se utiliza como conductor el oro.

Materiales Aislantes

Son materiales que no conducen la corriente eléctrica, es decir, no permiten que los electrones se desplacen a través de ellos. Esto se debe a que en estos materiales todos los electrones se encuentran fuertemente ligados a sus átomos respectivos, ya que forman parte de los enlaces atómicos que configuran su estructura interna. En consecuencia, los electrones no se pueden mover, es decir, no existen electrones libres, y esto impide que pueda pasar la corriente eléctrica a través del material aislante.

Materiales Semiconductores

Un semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante dependiendo de la temperatura del ambiente en el que se encuentre.

Los semiconductores naturales deben ser preparados para ser usados como semiconductores grado electronico.

• Deben purificarse, solo deben quedar impurezas en partes por millos (ppm).


• Deben poseer una red cristalina pura y ordenada.


• Se usan Silicio y Germanio.
  
  
  

A estos semiconductores se les denomina Intrinsecos debido a que sus propiedades electricas solo dependen de ellos y de su forma geometrica cuando se construyen dispositivos con ellos.

Si a los semiconductores Intrinsecos se les combina adecuadamente con elementos del III y/o del V grupo se forman los semiconductores Extrinsecos. Los elementos del V grupo que se usan en la electronica junto con el silicio y el germanio son: fosforo arsenico, antimonio y bismuto que al combinarse con los semiconductores Intrinsecos forman los semiconductores Extrinsecos tipo N.

Conclusion

Al estudiar la naturaleza de los materiales conductores, semiconductores y aislantes, se establece que:

- Los materiales aislantes se caracterizaban por poseer una Banda Prohibida muy ancha, la cual impede el paso de electrones de la Banda de Valencia a la de Conducción.

- En los materiales semiconductores, la Banda Prohibida es mucho menos ancha que en los aislantes. Por lo general, a 0º K los materiales semiconductores se comportan como aislantes. Pero a medida que aumenta la temperatura lo hace su capacidad de conducción, ya que este aporte de energía sirve para que los electrones puedan saltar de la Banda de Valencia a la de Conducción.

La anchura de la Banda Prohibida condiciona la energía que debe aportarse a los electrones para que pasen de la Banda de Valencia a la de Conducción. El aporte de energía debe superar los 0,785 eV (Electrón - Voltios) en el caso del germanio y los 1,21 eV para el silicio. Al saltar de la Banda de Valencia a la de Conducción, los electrones dejan un hueco. Por lo tanto, se establecen dos corrientes: una producida por los electrones situados en la Banda de Conducción y otra originada por los huecos (en el proceso de recombinación).

Los semiconductores intrínsecos son puros, en los que la conducción se debe al aumento de electrones en la banda de conducción originado por la temperatura. Los portadores de carga son los electrones y los huecos. Los semiconductores intrínsecos no presentan impurezas en su estructura, y están constituidos únicamente por el elemento tetravalente semiconductor (del grupo IV de la tabla periódica): silicio o germanio puro.

Los semiconductores extrínsecos contienen impurezas. Si en una red cristalina se introducen átomos de impureza, aparecen estados de energía o bandas auxiliares en el interior de la banda prohibida. Estos nuevos niveles contribuyen a la conducción. Para obtenerlos se recurre al dopage o impurificación del semiconductor (por métodos de difusión o epitaxiales) con elementos pentavalentes o trivalentes. La presencia de estas impurezas se traduce en le aumento del número de portadores de carga.

Si el dopaje se realiza con un elemento trivalente (elementos del grupo III que sólo tienen tres electrones en la última capa), la estructura que se obtiene se denomina semiconductor tipo p. Al introducir impurezas de esta índole es como si en realidad se aportaran huecos, puesto que se originará un defecto de electrones. Como quiera que el semiconductor es un elemento tetravalente, al elemento impurificador trivalente le faltarán electrón para realizar la covalencia con el semiconductor; por lo tanto, habrá un hueco en la Banda de Valencia disponible para establecer la conducción. Las impurezas crean una banda suplementaria: el llamado nivel de energía aceptor.

Si un material semiconductor (como el germanio o silicio) es dopado con un elemento pentavalente (elementos cuyos átomos tienen cinco electrones en la última capa), se obtiene un semiconductor tipo n. De los cinco electrones que aporta la impureza, cuatro formarán enlace covalente, mientras que un electrón quedará libre en la Banda de Conducción. En esta situación, el número de electrones supera al número de huecos. La impurificación con elementos pentavalentes (donadores) crea en el semiconductor una banda auxiliar de electrones, situada junto a la Banda de Conducción, que recibe el nombre de nivel de energía donador. De esta forma, con muy poca energía que se suministre, los electrones de la banda suplementaria pasarán a la Banda de Conducción.

El enlace covalente consiste en el compartimiento de pares de electrones por dos átomos, dando lugar a moléculas y puede ser polar o no polar.

El enlace covalente puede dar lugar a compuestos sólidos cristalinos de malla rígida tridimensional que une a cada uno de los átomos con todos los demás, en los que la totalidad del cristal es una sola molécula (p. ej., el cuarzo y el diamante), o bien a moléculas discretas que, en estado sólido, están unidas por fuerzas intermoleculares y reciben el nombre de cristales moleculares. Estos compuestos, en cualquiera de los estados de agregación, están formados por las mismas moléculas y sólo se diferencian en la ordenación de éstas.

Conductividad

La conductividad eléctrica es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. También es definida como la propiedad natural característica de cada cuerpo que representa la facilidad con la que los electrones (y huecos en el caso de los semiconductores) pueden pasar por él. Varía con la temperatura. Es una de las características más importantes de los materiales.

La conductividad es la inversa de la resistividad, por tanto

y su unidad es el S/m (siemens por metro).

Usualmente la magnitud de la conductividad (σ) es la proporcionalidad entre el campo eléctrico

y la densidad de corriente de conducción

Resistividad

Se le llama resistividad al grado de dificultad que encuentran los electrones en sus desplazamientos. Se designa por la letra griega rho minúscula (ρ) y se mide en ohms por metro (Ω·m, a veces también en Ω·mm²/m).

La resistividad [ρ] (rho) se define como:
ρ = R *A / L

donde:- ρ es la resistividad medida en ohmios-metro- R es el valor de la resistencia eléctrica en Ohmios- l es la longitud del material medida en metros- A es el área transversal medida en metros2
De la anterior fórmula se puede deducir que el valor de una resistencia, utilizada normalmente en electricidad y electrónica, depende en su construcción, de la resistividad (material con el que fue fabricado), su longitud, y su área transversal.

R = ρ * L / A

- A mayor longitud y menor área transversal del elemento, más resistencia
- A menor longitud y mayor área transversal del elemento, menos resistencia

Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente eléctrica, por lo que da una idea de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es un buen conductor.
Generalmente la resistividad de los metales aumenta con la temperatura, mientras que la resistividad de los semiconductores disminuye ante el aumento de la temperatura.

Ejemplo: La resistencia de un alambre de cobre de 100 metros y área transversal de 2 mm2 es:



La conversión de Ω·m a Ω·mm²/m resulta de multiplicar la unidad inicial por 1x10-6.

Tabla de Conductividad y Resistividad

Resistencia

Se denomina resistencia eléctrica, R, de una sustancia, a la oposición que encuentra la corriente eléctrica para circular a través de dicha sustancia. Su valor viene dado en ohmios, se designa con la letra griega omega mayúscula (Ω), y se mide con el Óhmimetro.

Un conductor posee la unidad de resistencia de 1 ohm , cuando una diferencia de potencial de 1 volt, sobre ellla , produce una circulación de corriente de 1 ampere. El valor recíproco de la resistencia se denomina conductancia (G) ; es una medida de la facilidad con que puede circular una corriente a través de un conductor determinado (es decir, G = 1/R). La unidad de conductancia es el mho (ohms al revés). Un conductor tiene una conductancia de 1 mho cuando 1 volt produce una corriente de 1 amper a través de él.

Conductancia Eléctrica

Se denomina Conductancia eléctrica (G) de un conductor a la inversa de la oposición que dicho conductor presenta al movimiento de los electrones en su seno, esto es, a la inversa de su resistencia eléctrica (R), por lo que:

donde:

G = Conductancia en Siemens

R = Resistencia en Ohmios

La unidad de medida de la conductancia en el Sistema internacional de unidades es el Siemens.Este parámetro es especialmente útil a la hora de tener que manejar valores de resistencia muy pequeños.

Musica. Mov Nº3 Adagio molto e cantabile