ENCENDIDO CREPUESCULAR

7/25/2019 ENCENDIDO CREPUESCULAR

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UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS, ELECTRNICA E INDUSTRIAL

FACULTAD DE INGENIERIA EN SISTEMAS, ELECTRONICA E INDUSTRIAL

AMBATO-ECUADOR

PROYECTO FINAL DE FISICA DE SEMICONDUCTORES

I. PORTADA

UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO

Facultad de Ingenie!a en Si"te#a"$ Elect%nica e Indu"tial

T!tul&' Encendid& ce(u"cula

Caea' Electrnica y Comunicaciones

)ea Acad*#ica' Fsica de semiconductores

L!nea de In+e"tigaci%n' Programacin y Redes, Nanotecnologa,Sistemas Electrnicos, Tecnologas deComunicacin

Cicl& Acad*#ic& , (aalel&' Cuarto A

Alu#n&" (atici(ante"' Andrade AndyMagali PicoMoreira Aleis!urita "a#ier

M%dul& , D&cente' Calculo $ectorial %ng& Paulina Ayala

II INFORME DEL PROYECTO

-. PP

-. T!tul& Encendid& Ce(u"cula

. O/0eti+&"

.-.O/0eti+& 1eneal

De#&"ta , 2unda#enta #ediante un cicuit& l&" di2eente"

ele#ent&" , e2ect&" de "e#ic&nduct&e" e#(lead&" en el cicuit&3Encendid& Ce(u"cula4


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..O/0eti+&" E"(ec!2ic&"

Estudio de los 'undamentos de semiconductores (asado en sus di'erentes

a)licaciones&

*eterminar los elementos com)onentes del circuito encendido cre)uscular&

*esarrollo del circuito encendido cre)uscular )ara 'undamentar los

elementos em)leados mediante las di'erentes tem+ticas a)licadas y

a)rendidas en Fsica de semiconductores&

E)licar eem)los )ara el entendimiento de *i#ergencia y rotacin de un

cam)o #ectorial&

. Re"u#en

Encendid& Ce(u"cula

5. Pala/a" cla+e

Calculo

Cam)o

$ectorial

Potencial

Tra(ao

6. Int&ducci%n

Encendid& Ce(u"cula-os 'enmenos 'sicos .ue se origina en el mundo real )ueden ser registrados )or

medio de a)aratos electrnicos& Esto se /ace en muc/os casos )ara sa(er el

com)ortamiento de todo a.uello .ue nos rodea y en otros )ara reali0ar o)eraciones de

control so(re alg1n dis)ositi#o& En cual.uier caso, siem)re es necesario utili0ar un

elemento .ue )ermita traducir la magnitud del e#ento 'sico en alguna se2al el3ctrica con

la .ue )ueda tra(aar un instrumento de medicin& Estos elementos son conocidos como

transductores& 7-8

Adicionalmente, eisten muc/as clases de transductores, cada uno de ellos )osee

caractersticas es)eciales .ue los /acen a)tos )ara determinadas a)licaciones y .ue a la#e0 los di'erencian de los dem+s& Para el )royecto .ue reali0aremos en esta ocasin, la

lu0 nocturna autom+ticamente, necesitamos un elemento .ue nos )ermita medir, o )or lo


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menos di'erenciar, entre una mayor o menor intensidad de lu0, )or lo .ue utili0amos una

'otocelda& El circuito dise2ado )uede ser em)leado )ara encender una l+m)ara cuando la

cantidad de lu0 )resente est+ )or de(ao de un ni#el determinado&7-8

9. Mateiale" , Met&d&l&g!a

Mateiale"

Resistencia de 4&4 5 a 6789 :R6;

Resistencia de 6< o/m a 6789 :R=;

Resistencia de 6< 5 a 6789 :R8; Trimmer de 6


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di'icultades de aislamiento de la carga& Cuando se ele#a el )otencial, el aire .ue lerodea se /ace conductor y se em)ie0a a )erder carga&

-a di'erencia entre la cu(eta de Faradayy el generador de $an de raa'', es .ueen la )rimera la carga se introduce de 'orma discreta mientras .ue en el segundo,se introduce en el conductor /ueco de 'orma continua mediante una cintatrans)ortadora&

El genead& de Van de 1aa22

$an de raa'' in#ent el generador .ue lle#a su nom(re en 646, con el )ro)sito

de )roducir una di'erencia de )otencial muy alta :del orden de =< millones de #olts;)araacelerar )artculas cargadas.ue se /acan c/ocar contra (lancos 'ios& -osresultados de las colisiones nos in'orman de las caractersticas de los n1cleos delmaterial .ue constituye el (lanco&

El generador de $an de raa'' es un generador de corriente constante, mientas.ue la (atera es un generador de #oltae constante, lo .ue cam(ia es la intensidadde)endiendo .ue los a)aratos .ue se conectan&

El generador de $an de raa'' es muy sim)le, consta de un motor, dos )oleas, unacorrea o cinta, dos )eines o terminales /ec/os de 'inos /ilos de co(re y una es'era

/ueca donde se acumula la carga trans)ortada )or la cinta&

En la 'igura, se muestra un es.uema delgenerador de $an de raa''& n conductormet+lico /ueco A de 'orma a)roimadamentees'3rica, est+ sostenido )or so)ortes aislantesde )l+stico, atornillados en un )i3 met+lico Cconectado a tierra& na correa o cinta de

goma :no conductora; * se mue#e entre dos)oleas E y F& -a )olea F se acciona medianteun motor el3ctrico&

*os )eines y G est+n /ec/os de /ilosconductores muy 'inos, est+n situados a laaltura del ee de las )oleas& -as )untas de los)eines est+n muy )rimas )ero no tocan a lacinta&
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/cubeta/cubeta.htm#Transferencia%20de%20cargahttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/mov_campo/mov_campo.html#Movimiento%20en%20un%20campo%20el%C3%A9ctricohttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/mov_campo/mov_campo.html#Movimiento%20en%20un%20campo%20el%C3%A9ctricohttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/cubeta/cubeta.htm#Transferencia%20de%20carga


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-a rama i0.uierda de la cinta trans)ortadora se mue#e /acia arri(a, trans)orta un'luo continuo de carga )ositi#a /acia el conductor /ueco A& Al llegar a y de(ido ala )ro)iedad de las )untas se crea un cam)o lo su'icientemente intenso )araioni0ar el aire situado entre la )unta y la cinta& El aire ioni0ado )ro)orciona elmedio )ara .ue la carga )ase de la cinta a la )unta y a continuacin, alconductor /ueco A, de(ido a la )ro)iedad de las cargas .ue se introducen en elinterior de un conductor /ueco :cu(eta de Faraday;&

Funci&na#ient& del genead& de Van de 1aa22

Gemos estudiado cualitati#amente como se )roduce la electricidad est+tica,

cuando se )onen en contacto dos materiales no conductores& A/ora e)licaremoscomo ad.uiere la cinta la carga .ue trans)orta /asta el terminal es'3rico&

En )rimer lugar, se electri'ica la su)er'icie dela )olea in'erior F de(ido a .ue la su)er'iciedel )olea y la cinta est+n /ec/os demateriales di'erentes& -a cinta y la su)er'iciedel rodillo ad.uieren cargas iguales y de signocontrario&

Sin em(argo, la densidad de carga es muc/o

mayor en la su)er'icie de la )olea .ue en lacinta, ya .ue las cargas se etienden )or unasu)er'icie muc/o mayor

Su)ongamos .ue /emos elegido losmateriales de la cinta y de la su)er'icie delrodillo de modo .ue la cinta ad.uiera un carganegati#a y la su)er'icie de la )olea una carga)ositi#a, tal como se #e en la 'igura&
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/cubeta/cubeta.htm#Transferencia%20de%20cargahttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/fuerza/fuerza.htm#Electricidad%20por%20frotamientohttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/cubeta/cubeta.htm#Transferencia%20de%20cargahttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/fuerza/fuerza.htm#Electricidad%20por%20frotamiento


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Si una agua met+lica se coloca cerca de lasu)er'icie de la cinta, a la altura de su ee& Se)roduce un intenso cam)o el3ctrico entre la)unta de la agua y la su)er'icie de la )olea&-as mol3culas de aire en el es)acio entream(os elementos se ioni0an, creando un)uente conductor )or el .ue circulan lascargas desde la )unta met+lica /acia la cinta&

-as cargas negati#as son atradas /acia lasu)er'icie de la )olea, )ero en medio del

camino se encuentra la cinta, y se de)ositanen su su)er'icie, cancelando )arcialmente lacarga )ositi#a de la )olea& Pero la cinta semue#e /acia arri(a, y el )roceso comien0a denue#o&

-a )olea su)erior E act1a en sentido contrario a la in'erior F& No )uede estarcargada )ositi#amente& Tendr+ .ue tener una carga negati#a o ser neutra :una)olea cuya su)er'icie es met+lica;&

Eiste la )osi(ilidad de cam(iar la )olaridad de las cargas .ue trans)orta la cintacam(iando los materiales de la )olea in'erior y de la cinta& Si la cinta est+ /ec/a degoma, y la )olea in'erior est+ /ec/a de nylon cu(ierto con una ca)a de )l+stico, enla )olea se crea una carga negati#a y en la goma )ositi#a& -a cinta trans)orta /aciaarri(a la carga )ositi#a& Esta carga como ya se /a e)licado, )asa a la su)er'iciedel conductor /ueco&

Si se usa un material neutro en la )olea su)erior E la cinta no trans)orta cargas/acia a(ao& Si se usa nylon en la )olea su)erior, la cinta trans)orta carga negati#a/acia a(ao, esta carga #iene del conductor /ueco& *e este modo, la cinta carga)ositi#amente el conductor /ueco tanto en su mo#imiento ascendente comodescendente&

-as caractersticas del generador de $an de raa'' .ue dis)onemos en ella(oratorio de Fsica de la E&&%&T&%& de Ei(ar, son los siguientesH

*i+metro de la es'era conductora =6 cm

Ca)acidad 6@ )F

Tensin m+ima 6@


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Ca#(& (&ducid& (& un c&nduct& e"2*ic& de cagad&.

El teorema de aussa'irma .ue el 'luo del cam)o el3ctrico a tra#3s de unasu)er'icie cerrada es igual al cociente entre la carga en el interior de dic/asu)er'icie di#idido entree0&

Consideremos una es'era /ueca de radio Rcargada con una carga Q& -aa)licacin del teorema de auss re.uiere los siguientes )asosH

-.;A (ati de la "i#et!a de la di"ti/uci%n de caga$ dete#ina la diecci%ndel ca#(& el*ctic&.

-a distri(ucin de carga tiene simetra es'3rica luego, la direccin del cam)o esradial

=&IElegi una "u(e2icie ceada a(&(iada (aa calcula el 2lu0&

Tomamos como su)er'icie cerrada, una es'era de radio r.

El cam)o Ees )aralelo al #ector su)er'icie dS, y el cam)o es constante en todoslos )untos de la su)er'icie es'3rica )or lo .ue,
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/atomo/atomo.htm#Campo%20el%C3%A9ctrico%20de%20una%20distribuci%C3%B3n%20esf%C3%A9rica%20y%20uniforme%20de%20cargahttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/atomo/atomo.htm#Campo%20el%C3%A9ctrico%20de%20una%20distribuci%C3%B3n%20esf%C3%A9rica%20y%20uniforme%20de%20carga


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El 'luo total es E8p r2

4& Dete#ina la caga


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Como el cam)o en el interior de le es'era conductora es cero, el )otencial esconstante en todos sus )untos& El )otencial en la su)er'icie de la es'era es el +reasom(reada :'igura de la derec/a;

Se denomina ca)acidadde la es'era :m+s adelante de'iniremos esta magnitud; alcociente entre la carga y su )otencial, C=Q/V=8p e0R.

P&tencia del #&t&


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Fue>a elect&ti>

El agua .ue a(astece una ciudad (aa es)ont+neamente desde un de)sitosituado en la cima de una colina& A/ora (ien, )ara mantener el ni#el del de)sito,es necesario ir llen+ndolo a medida .ue el agua se consume& n motor conectadoa una (om(a )uede ele#ar el agua desde un ro cercano /asta el de)sito&

En una )ista de es.u, los remontes mec+nicos su(en a los es.uiadores /asta elalto de una colina, des)u3s, los es.uiadores (aan desli0ando )endiente a(ao& -oses.uiadores son e.ui#alentes a los )ortadores de carga, el remonte mec+nicoincrementa la energa )otencial del es.uiador& -uego, el es.uiador (aadesli0+ndose )or la colina /asta la (ase del remonte&

En un conductor los )ortadores de carga :)ositi#os; se mue#en es)ont+neamentedesde un lugar en el .ue el )otencial es m+s alto /acia otro lugar en el .ue el)otencial es m+s (ao, es decir, en la direccin del cam)o el3ctrico& Para mantener

el estado estacionario es necesario )ro#eer de un mecanismo .ue trans)orte los)ortadores de carga desde un )otencial m+s (ao /asta un )otencial m+s ele#ado&

El generador de $an de raa'' es un eem)lo de este mecanismo& -as cargas)ositi#as se mue#en en direccin contraria al cam)o el3ctrico, en el .ue el)otencial aumenta, y las negati#as en la misma direccin .ue el cam)o, en el .ueel )otencial disminuye& -a 'uer0a o la energa necesaria )ara este trans)orte decargas lo reali0a el motor .ue (om(ea las cargas&

Se denomina 'uer0a electromotri0 o 'em Ve al tra(ao )or unidad de carga .uereali0a el dis)ositi#o& Aun.ue la unidad de la 'em es la misma .ue la de unadi'erencia de )otencial, se trata de conce)tos com)letamente di'erentes& na 'em)roduce una di'erencia de )otencial )ero surge de 'enmenos 'sicos cuya


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naturale0a no es necesariamente el3ctrica :en el generador de $an de raa'' esmec+nica, en una )ila es de naturale0a .umica, magn3tica, etc& ;&

na 'em es un tra(ao )or unidad de carga, este tra(ao no lo reali0anecesariamente una 'uer0a conser#ati#a, mientras .ue la di'erencia de )otencial esel tra(ao )or unidad de carga reali0ado )or una 'uer0a el3ctrica .ue esconser#ati#a&

Acti+idade"

En el a))let se simula el generador de $an de raa'', con la descri)cin dada en laseccin anterior& En el generador real la cinta trans)orta carga de 'orma continua&En la simulacin, se trans)orta de 'orma discreta, so(re la cinta a)arecen )untosroos igualmente es)aciados, cada unos de ellos re)resenta una unidad de carga)ositi#a cuyo #alor genera el )rograma interacti#o de 'orma aleatoria&

Al igual .ue en un generador real, el simulado )one un lmite al cam)o m+imo enla su)er'icie de la es'era a )artir del cual, el aire se ioni0a y el generador no )uedeincrementar m+s la carga& Podemos a)roimar el conductor /ueco a una es'eraconductora de radio R& Conociendo la carga acumulada Qse calcula el cam)o

)roducido )or un es'era conductora en su su)er'icie

El generador dea de acumular carga cuando el aire se #uel#e conductor& -aintensidad del cam)o el3ctrico lmite es de a)roimadamente 4&< 6


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El m+imo )otencial Ves de 6&= millones de #olts&

:. Re"ultad&" , Di"cu"i%n

?. C&nclu"i&ne"

@. Re2eencia" /i/li&g2ica"

Bi/li&ga2!a

6O E& F& -& %sa(el Carmona o#er, Ecuaciones *i'erenciales, MeicoH %SBN, = 9& !emans>y& Fsica, Edt& Aguilar :6? 9& !emans>y& Fsica, Edt& Aguilar :6?


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Teora Electroma!"t#ca

Teora deCamposD#$ere!c#a

% Rotac#&!'e (!cam)o

$ector#al



AMBATO-ECUADOR

Te&!a de Ca#(&"

Vaia/le" De(endiente"

Vaia/le" Inde(endiente"


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D#$ere!c#a % Rotac#&! 'e(! cam)o $ector#al e! (!

C(er)o

Ec(ac#&! 'e Ga(**Ec(ac#&! 'eAm)ere



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