Otros materiales precisan una conductividad eléctrica muy baja para impedir al formación de arcos eléctricos entre conductores.

En materiales conductores metales (hilo de cobre), se precisa una alta conductividad eléctrica para transportar corriente eléctrica y energía sin pérdidas

conductores Materiales a través de los cuales la corriente fluye con relativa facilidad

aislantes Materiales que resisten el flujo de la electricidad. Ej: Cubiertas de cables y enchufes

cerámicos o polímeros, se precisa una conductividad eléctrica muy baja (dielectricidad) para impedir la ruptura dieléctrica del material y los arcos eléctricos entre conductores

semiconductores Un semiconductor es un elemento material cuya conductividad eléctrica puede considerarse situada entre las de un aislante y la de un conductor

dispositivos fotoeléctricos. Se necesita optimizar sus propiedades eléctricas para que con ellos se puedan fabricar fuentes prácticas y eficientes de energías alternativas

superconductores Se denominan asi a los materiales que tienen la capacidad intrinseca de conducir la corriente electrica con nula resistencia y sin disipaciones de energia bajo ciertas condiciones.

Modelo conductor

Red cristalina compuesta de iones positivos rodeados de una nube de electrones con gran capacidad de movimiento

Modelo dieléctrico o aislante

Corresponde a un material amorfo o con una red cristalina regular donde los electrones se mantienen ligados a los núcleos de sus átomos con posibilidades de movimiento limitada

La carga eléctrica (y su movimiento) es la responsable de las propiedades eléctricas de un material

•Tipos de cargas eléctricas móviles en un material: electrones, huecos (espacios dejados por los electrones) e iones

ρ = R*A / l l es la distancia entre

dos puntos en que se mide el voltaje (ej: cm).

A es el área de la sección perpendicular a la direccion de la corriente (ej: cm2)

Unidades de ρ = (Ω- m) u ohms* cm, reciproca a la conductividad eléctrica

Esta ecuación es usada para diseñar resistencias puesto que es posible modificar la longitud o sección transversal del dispositivo

Conductividad electricaConductividad electrica La conductividad electrica es simplemente el reciproco de la resistividad e indica la facilidad con que un material es capaz de conducir una corriente electrica

ρ (Ω- m)-1

los electrones son los portadores de la carga

la energía no es la misma para todos los electrones. los que están más lejos del núcleo tienen menor energía de atracción.

En su movimiento por el material, las cargas eléctricas colisionan con su entorno:

–Red de núcleos atómicos y sus vibraciones (dependientes de la temperatura)

–Imperfecciones de la red de núcleos: defectos puntuales (impurezas, vacantes), defectos de línea (dislocaciones) y defectos de superficie (fronteras de grano, límites de la muestra, maclas,…)

–Resto de las cargas eléctricas

AUSENCIA DE UN CAMPO ELECTRICO

El tipo y número de colisiones resisten al movimiento libre de electrones, depende, de la estructura cristalina del material y de la temperatura.

Propiedad intrínseca del material, resistividadeléctrica

los iones son los encargados de conducir la carga deben tener lugar un movimiento neto de particulas

cargadas para que se genere una corriente: conductivida ionica.

En los semiconductores y los aislantes deben romperse los enlaces covalentes para que se pueda desplazar el electrón

Los electrones de valencia se mueven con facilidad conduciendo la carga q

los electrones están compartidos por todos los núcleos atómicos del material (nube electrónico). Facilidad de movimiento

El electrón-voltio (eV) es una unidad para medir energía, muy utilizada en física atómica y nuclear.

Se define como la energía que adquiere un electrón cuando se acelera mediante una diferencia de potencial

1 V. 1 eV = 1,6 × 10-19 J

La conductividad varía con la temperatura, pudiendo comportarse como conductores o como aislantes.

La conducción se da por el movimiento de electrones como de las cargas positivas (huecos).

Los semiconductores son aquellos elementos perteneciente al grupo IV de la Tabla Periódica (Silicio, Germanio, etc)

Se introducen átomos de otros elementos, denominados impurezas, de forma que la corriente se deba primordialmente a los electrones o a los huecos, dependiendo de la impureza introducida.

Los átomos son del mismo tipo no existe impureza

UNION POR ENLACE COVALENTE

La fuerza mantiene unidos a los átomos entre si debido al enlace covalente doble porque los electrones de conducción de cada uno de ellos, son compartidos por los cuatro átomos vecinos.

impurezas Donadoras: Arsénico, Antimonio y Fósforo

El atomo es reemplazado por otro con una mayor número de electrones en su ultimo nivel o capa.

Quedan electrones libres que aumentan la conductividad.

Portador mayoritario: electrones

Portador minoritario: huecos

Silicio tipo N

El número de electrones libres se llama n (electrones libres/m3).N=1 electrón libre

impurezas receptoras

Un átomo es reemplazado por otro con solo 3 electrones en el último nivel.

Se presenta la aparición de huecos en el cristal

Portador mayoritario: huecos Portador minoritario: electrones

Silicio tipo P

El número de electrones libres se llama n (electrones libres/m3).N=1 electrón libre

Kamerlingh Onnes (1911) Descubrió que la resistencia eléctrica

del mercurio se hacía cero a T= 4.2 K. La T a la cual ocurre este fenómeno lo

denominó Temperatura crítica, Tc. La superconductividad de un material se presenta cuando la resistencia eléctrica a una Tc es cero . En consecuencia no hay perdidas de energía

Trenes levitantes de 500 kph, computadores ultra rápidos, y una electricidad más barata y más limpia

El tren experimental "magneto-levitante" (maglev) MLX01 actualmente en etapa de pruebas en el Instituto de Investigaciones Técnicas en Vías (Railway Technical Research Institute) de Japón,

El alambre HTS de “segunda generación” puede transportar la misma cantidad de corriente que un alambre de cobre cientos de veces más grueso. Imagen cortesía de MetOx.

El fenómeno del magnetismo tiene su origen en el movimiento de partículas cargadas eléctricamente.

La magnetización se refiere al fenómeno causado por una orientación no aleatoria del campo magnético de los electrones

fenómeno físico fuerza de atracción fuerza de repulsión movimiento de partículas

como los electrones, mientras indican la relación íntima entre electricidad y magnetismo.

- - - -

+ + + + + + + + + + + +

Átomos Electrones, neutrones,

protones (sist. Planetario) igual que un ciclo portador de corriente que genera un campo magnético.

Moléculas Grano

material

Los electrones son pequeños imanes elementales

C

El giro del electrón produce un Campo magnético

e e

Los electrones crean un campo magnético alrededor del átomo.

N

N

N

N

N

eN

Este suceso causa momentos magnéticos diferentes. Contribuye al comportamiento magnético de los materiales

Magnetón de bhor 9.274x10ˉ²⁴ A*m²

Cuando estos espines o momentos magnéticos están alineados de forma aleatoria, en un material no sometido a ningún campo magnético externo. no existe una magnetización neta

campo magnético

Dipolo magnéticoOrientado en la dirección del campo

Energía magnética mínima:

m

B

Existen 2 efectos que hacen que la mayoría de los materiales de este mundo no sean “magnéticos”.

Momento magnético de los átomos. Principio de exclusión de Pauli.

dos electrones con el mismo nivel de energía deben tener giros diferentes (se cancelan)

Se cancelan entre sí los momentos orbitales de los electrones.

Los metales de transición no tienen un nivel interior de energía completamente lleno.

ScTiVCrMnFeCoNiCu

Metal 3d 4s

llenan los diez orbitales 3d. Pero los orbitales 4s ya tienen electrones en ellos antes de llegar a los metales de transición--un subnivel más elevado se ha llenado primero

ELECTROMAGNETISMO

Las cargas eléctricas o electrones que se encuentran en movimiento en esos momentos, originan la aparición de un campo magnético tal a su alrededor, que puede desviar la aguja de una brújula.

H: Campo Magnético (amper.vueltas/m)H: Campo Magnético (amper.vueltas/m)n: Número de espiras o vueltasn: Número de espiras o vueltasI: Corriente (A)I: Corriente (A)l: Longitud de la bobina (m)l: Longitud de la bobina (m)

Una corriente eléctrica al pasar a través de una bobina establece un campo magnético H con una densidad de flujo B.

La magnetización (M) representa el incremento de B debido al material del núcleo.

B= o +MoH=nl/I H=nl/I amp*vuet/mamp*vuet/m

Si > o refuerzan el campo aplicado #de líneas de flujo campo magnético.

Si <o los momentos magnéticos se oponen al campo.

Se puede describir la influencia del material magnético permeabilidad relativa: r=/o

material amplifica el efecto del campo magnético r

acepta el flujo magnético más fácilmente

:permeabilidad del material dentro del campo.o permeabilidad en el vacio

capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través de sí los campos magnéticos

Diamagnetico <o

Ferri

magne

tico

>>

o

paramagnetico >o ferro

mag

netic

o

>>

o Efecto del material del núcleo sobre la densidad de flujo.

o

Todo material responde

a un campo magnético. La escala de respuesta de los electrones y átomos determinara el grado de magnetismo

Campo magnético

Dipolo magnético opuesto al campo

Magnetización <0Valores bajos de r

M H

Cobre-plata-silicio-cobre

Superconductores O por acción de un campo magnético

T°

T°

el diamagnetismo se justifica por la circulación de los electrones en los orbitales doblemente ocupados.

Los superconductores presentan un diamagnetismo extraordinariamente alto.

Bismuto, grafito, plata, agua.El grafito pirolítico, cobre ….

Material Temp. Curie(K)

Fe 1043Co 1388Ni 627Gd 292Dy 88MnAs 318MnBi 630MnSb 587CrO2 386MnOFe2O3 573FeOFe2O3 858NiOFe23 858CuOFe2O3 728MgOFe23 713EuO 69Y3Fe5O12 560

imantación espontánea Ms en ausencia de campo magnético externo.

La susceptibilidad Xm > 0 (grande)

Ms varía con la temperatura alcanzando un máximo para T=0 K y presentando una disminución continua al aumentar la temperatura hasta caer a 0 para una temperatura Tc denominada temperatura de Curie ferromagnética.

la magnetización disminuye al aumentar la temperatura. Esto es porque los movimientos térmicos se incrementan y conducen a una desorganización en el campo disminuyendo el efecto de magnetización por un campo inducido

Para T>Tc el material experimenta una transición de fase ferromagnética paramagnética con una susceptibilidad en la fase paramagnética.

campo magnético no es lo suficientemente grande para alinear los dipolossusceptibilidad magnética muy pequeña

Electrones no apareados .Cada átomo tiene un m

Campo magnético

Dipolos se alinean con el campoMagnetización positiva

al retirar el campo magnético, la entropía destruye el alineamiento magnético, que ya no está favorecido energéticamente

Esta alineación es contrarrestada por el movimiento térmico que tiende a desorientar los dipolos magnéticos, razón por la cual, la imantación disminuye con la temperatura.

Los materiales ferromagnéticos y ferrimagnéticos a una temperatura superior a la de Curie también presentan un comportamiento paramagnético.

Se obtienen cuando los

iones de un material tienen sus momentos magnéticos alineados en un arreglo antiparalelo, logrando una magnetización neta.

FERRIMAGNÉTISMOFERRIMAGNÉTISMO

Ferritas

materiales cerámicos magnéticos obtenidos al combinar (Fe2O3) con otros óxidos y carbonatos en forma de polvo. Al igual que los materiales ferromagnéticos, tienen una gran imantación pero su saturación es más baja que en los ferromagnéticos.

Propiedad de algunos materiales que hace que resulten intensamente imantados cuando se sitúan en un campo magnético, y conserven parte de su imantación cuando desaparece dicho campo.

Hierro niquel y cobalto otros como gadolinio Gd

.

Ferromagnetismo sencillo

Los únicos elementos ferromagnéticos:

hierro (Fe)cobalto (Co)Niquel (Ni)gadolinio (Gd) y disprosio (Dy).

Las sustancias ferromagnéticas son las que, como el hierro, Las sustancias ferromagnéticas son las que, como el hierro, mantienen un momento magnético incluso cuando el mantienen un momento magnético incluso cuando el campo magnético externo se hace nulo. Este efecto se campo magnético externo se hace nulo. Este efecto se debe a una fuerte interacción entre los momentos debe a una fuerte interacción entre los momentos magnéticos de los átomos o electrones individuales de la magnéticos de los átomos o electrones individuales de la sustancia magnética, que los hace alinearse de forma sustancia magnética, que los hace alinearse de forma paralela entre sí. paralela entre sí.

Movimiento de los dominios

Acción de un campo magnético.

Dominios alineados crecen a expensas de los no alineados

Las paredes de bloch se desplazanLa fuerza de desplazamiento (campo)

Incremento de la permeabilidad

campo magnético

Crecimiento de dominio

al aplicar un campo los dominios se orientan todos en dirección al campo externo

HISTÉRESIS Es la energía empleada en la reorientación de los dominios

desde el estado magnetizado hasta el estado desmagnetizado, se manifiesta en un desfase de la respuesta al campo magnético aplicado.

Efectos Uno de los factores que más influyen en un ciclo de histéresis es la temperatura.

Si nos encontramos en un material ferromagnético, el aumento de la temperatura provoca una disminución de la permeabilidad magnética, con lo que el campo magnético introducido ya no afecta de forma tan trascendental sobre el material. Es decir, los dominios vuelven a orientarse aleatoriamente.

Materiales magnéticos blandos

posee una gran facilidad para imanar y desimanar, pero no tiene nada que ver con la dureza física del material. Este tipo de material tiene un ciclo de histéresis estrecho.

Características

Alcanza la saturación con un campo aplicado relativamente pequeño y aun así tener pérdidas de energía pequeñas.

Pérdidas de energía debidas a la histéresis son sensibles a la estructura del material

Materiales magnéticos duros

tienen una gran resistencia a la desmagnetización, por lo que son utilizados como imanes permanentes.

características

Tienen remanencia, densidad de flujo de saturación altas que hace que tenga un ciclo de histéresis ancho y alto.

Estos materiales se imanan mediante la aplicación de un campo magnético que consiga orientar los dominios magnéticos en la misma dirección que el campo.

Aleaciones de alnico, Aleaciones de tierras raras Aleaciones magnéticas de hierro-cromo-cobalto