1.-Los materiales

1.-Materia prima y materiales

Se define materia prima como cualquier sustancia que se extrae directamente de la naturaleza (por ejemplo; madera, algodón, lana, arena…) Dichas materias primas se clasifican según su origen en:

De origen animal: la lana, las pieles, el marfil….

De origen vegetal: madera, corteza, algodón, lino...

De origen mineral: arcilla, arena, mármol, minerales...

Por otro lado se llama material a cualquier materia que está disponible o ha sido preparada para elaborar cualquier producto.

Debemos distinguir claramente ambos conceptos. Para elaborar un producto tecnológico primero se extraen las materias primas de la naturaleza. Posteriormente dichas materias primas se transforman en materiales y, por último, se emplean éstos para fabricar el producto.

2.-Propiedades de los materiales

Cada aplicación necesita de un material que cumpla determinadas características. Piensa:¿sería útil fabricar un paraguas con un material que no fuera impermeable?

Para poder elegir adecuadamente un material debemos conocer sus características o propiedades. Podemos definir las propiedades de un material como el conjunto de características de dicho material. Estas propiedades son las que nos permiten diferenciar un material de otro.

1.-Realizar un resumen en la libreta. Para entender los conceptos puedes apoyarte en los videos.

2.-Contestar a las cuestiones del final

3.-Enviarme un mail con lo realizado. Fecha de entrega: 8 de mayo de 2020

Para el tema de la electrónica y la electricidad, podemos decir, que la clasificación de los materiales que nos interesa en la relacionada con la conducción eléctrica.

3.-Clasificación eléctrica de los materiales

Los materiales se pueden clasificar, según su comportamiento eléctrico, en una de las siguientes categorías: conductores, aislantes, semiconductores y superconductores; todo depende de qué tan unidos se encuentren los electrones a los átomos de estos materiales. 3.1.-Conductores Son aquellos materiales susceptibles de transmitir la electricidad. Normalmente, un buen conductor eléctrico también será un buen conductor del calor. La mayoría de los metales son buenos conductores. La plata, el cobre y el oro se encuentran entre los mejores. Estos materiales tienen un gran número de electrones libres, es decir, que se encuentran débilmente unidos a los núcleos de sus átomos, y están en posibilidad de moverse libremente a través del material; por esta razón, cuando se cargan en una pequeña área, la carga se distribuye sobre la superficie exterior del conductor.

3.2.-Aislantes Son aquellos materiales que dificultan o impiden la transmisión de la electricidad (y del calor también, normalmente) ya que poseen muy pocos electrones libres para realizar esta tarea; es por ello que se pueden cargar localmente, pues un exceso de carga en ellos no se distribuye en toda la superficie del material como en el caso de los conductores. Algunos ejemplos de ellos son: el vidrio, la madera, el aire, el papel, la porcelana, los plásticos, etc. No se conocen aislantes perfectos; si cualquiera de ellos se somete a voltajes muy elevados, se “rompen eléctricamente”, es decir, pueden llegar a conducir electricidad. Los aislantes también reciben el nombre de no conductores o dieléctricos.

3.3.-Semiconductores Algunos materiales como el silicio y el germanio, son buenos aislantes en su forma cristalina pura, pero pueden convertirse en conductores bajo ciertas circunstancias al contaminarlos con ciertas impurezas (partículas de alguna otra sustancia). Otros materiales, como el selenio puro, en la oscuridad se comportan como buenos aislantes, pero al ser iluminados con luz del color apropiado se comportan como conductores. Otro factor que puede determinar el comportamiento de un material como aislante o como conductor es la temperatura. Estos son los que nos interesan a nosotros para los componentes de la electrónica.

3.4.-Superconductores Existen algunos materiales, que al ser enfriados a temperaturas cercanas al cero absoluto (0 K), pierden toda resistencia eléctrica, lo que significa que una carga eléctrica puede moverse por un superconductor sin chocar contra las moléculas del material, lo que evita pérdidas de energía en forma de calor; una vez que se establece una corriente eléctrica en un anillo superconductor, ésta fluirá por siempre sin necesidad de una batería que la mantenga. Aunque la plata, el cobre y el oro son excelentes conductores, no presentan el fenómeno de superconductividad a ninguna temperatura; en cambio algunos tipos de cerámica, que son buenos aislantes a temperatura ambiente se vuelven superconductores a bajas temperaturas. Aún no se conocen superconductores a temperatura ambiente, pero ya se han encontrado a temperaturas de hasta 150 K (-123 ºC).

2.-Semiconductores

2.1.- Los semiconductores

Los semiconductores son materiales que no siendo buenos conductores de la electricidad, al añadir otros elementos se vuelven muy buenos conductores. El material base semiconductor más utilizado es el silicio, que lo encontramos en la sílice de la arena de playa y por tanto, un material que a priori pensamos que puede ser muy barato y abundante.

Como podemos ver en la imagen, está enlazado con los átomos vecinos por un enlace (en total 4 enlaces). Para conseguir los semiconductores comerciales necesitamos:

añadir un elemento extra (galio, boro…) que aporta tres enlaces y queda libre uno (queda libre un hueco). Crea un material tipo P.

añadir otros como el arsénico o el fósforo (5 electrones de valencia) aportando un electrón extra y creado el material tipo N.

Por tanto:

Si + Galio = Material P (exceso de carga positiva)

Si + Arsénico = Material N (exceso de electrones)

Veremos ahora que pasa cuando unimos las dos partes. Los electrones del tipo N más próximos a la frontera se desplazan y ocupan los huecos del tipo P, de forma que pasado un tiempo se crea una barrera que impide que más electrones pasen la barrera.

Hay que tener en cuenta que la materia a la izquierda era neutra. Si llegan electrones se convierte en material con polaridad negativa que repele la llegada de nuevos electrones

Si ahora polarizamos el tipo P negativamente y el tipo N positivamente, (denominado polarización en inversa), la barrera crece debido a que los enlaces del tipo P son ocupados por los electrones de la pila.

Sin embargo, si polarizamos en directo (P a positivo y N a negativo) los electrones que pasan la barrera «siguen» hasta el final del material hasta llegar al terminal del Ánodo.

2.2.-El diodo.

Los diodos, se tratan de componentes semiconductores que dejan pasar la corriente en un sentido y la

bloquean en el otro sentido.

Ahora puedes ver el siguiente video:

Semiconductores: https://youtu.be/fFVU7-kfPe8

Y así se representan. La flecha es el polo positivo del diodo y la barra el polo negativo:

Veamos el funcionamiento del diodo con un par de ejemplos:

En la imagen de la izquierda el diodo está conectado en polarización directa, es decir, el polo positivo del

diodo va unido al positivo de la pila (y el negativo al negativo). En ese caso el diodo conduce y la bombilla se

enciende.

En cambio en la derecha el diodo está en polarización inversa, es decir, el polo positivo del diodo va unido al

negativo de la pila (y por lo tanto el negativo va al positivo). En ese caso el diodo corta la corriente y la

bombilla se queda apagada.

2.3.-El diodo LED

Los diodos que estamos más acostumbrados a ver son los LED (light emitter diode). Los LED emiten luz

cuando se encuentran en polarización directa; una de sus funciones más típicas es avisar de que un aparato

electrónico está encendido: las lucecitas de colores de los televisores, ordenadores, DVDs, etc., son diodos

LED.

La pata larga de los LED es el polo positivo. Su símbolo es igual al del diodo, pero se le añaden las flechas

que representan la luz que emiten.

Ahora puedes ver el siguiente video:

Funcionamiento diodo: https://youtu.be/ZdUQdS6r5rg

En el circuito de la izquierda el LED está en polarización directa, pasa corriente por el circuito, el LED brilla y

el motor gira (lo notas por la flecha que indica movimiento). En el circuito de la derecha el LED está en

polarización inversa: no pasa corriente por el circuito, el LED está apagado y el motor no se mueve.

En este circuito, usamos diodos leds, donde vamos a comprobar que una polarización en inversa impide que

la corriente pase (diodo situado más a la derecha) y por tanto la luz no enciende. El diodo situado más a la

izquierda está encendido (luz roja) ya que está polarizado directamente y la corriente circula por él.

Ahora puedes ver el siguiente video:

Funcionamiento diodo: https://youtu.be/Y324Y55lm2E

Cuestiones:

1.- ¿Qué es la materia prima? ¿Cómo se clasifican?

2.-¿A qué se denomina material? Identifica la materia prima y los materiales para fabricar:

a) b)

3.- Clasificación de los materiales según las propiedades físicas.

4.-¿Qué propiedad vamos a tener en cuenta en los diferentes componentes electrónicos?

5.- Define y pon dos ejemplos de:

a) Material conductor

b) Material aislante

c) Material semiconductor

6.- ¿Cómo están enlazados los átomos de silicio?

¿Qué pasa si se añade a estos átomos, átomos de Galio? ¿Y si se añaden átomos de arsénico?

7.-¿Qué le ocurre a la barrera entre el material tipo P y N cuando el diodo se polariza directamente?¿y

cuando se polariza inversamente? ¿a qué tipo de circuito se le parece?

8.-¿Qué es un diodo?¿y un diodo Led? ¿Cómo se representa cada uno?

9.-¿Qué diferencia hay en el funcionamiento de los siguientes circuitos?¿por qué?

10.- Según el video que os he dejado en el apartado de diodo led, hay cuatro formas de identificar la pata + y

– de un diodo led. ¿Cuáles son?

11.-Haz un esquema con cada una de sus partes del diodo led.

12.-¿Qué ocurre en el circuito de la imagen?