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INTRODUCCIN.El estudio de los materiales conductores de la electricidad es un aspecto sumamente importante en la ingeniera, ya que de ello depende la realizacin de futuros proyectos. Los diferentes materiales de los que nos rodeamos tienen diferentes caractersticas y propiedades, de las cuales el ingeniero hace uso, y toma a su dispocision para mejorar las condiciones de vida de las personas.

Debemos tomar en cuenta que no todos los materiales nos servirn para un caso en comn, mas sin embargo, si conocemos sus propiedades podremos explotar nuestras capacidades como futuros ingenieros, por lo que debemos ser conocedores de que la conductividad elctrica se debe a diferentes propiedades qumicas de las cuales estn proporcionados sus tomos y las orbitas de las que se forman, y clasificado segn su capacidad para poder conducir la electricidad: conductores, semiconductores y aislantes,

Por ultimo podemos mencionar que estos materiales pueden mejorarse, teniendo conocimiento de las propiedades, que ya se han mencionado, y que se mencionaran en el siguiente apartado, por lo cual, no se tiene un limite para poder trabajar con el sin fin de materiales de los que tenemos alcance en la actualidad.

OBJETIVOConocer las propiedades y caractersticas de los materiales conductores para futuras investigaciones, en donde debamos considerar la conductividad elctrica de algn elemento o compuesto en especfico.

1.1 Propiedades Qumicas De Los MetalesEs caracterstico de los metales tener valencias positivas en la mayora de sus compuestos. Esto significa que tienden a ceder electrones a los tomos con los que se enlazan. Tambin tienden a formar xidos bsicos. Por el contrario, elementos no metlicos como el nitrgeno, azufre y cloro tienen valencias negativas en la mayora de sus compuestos, y tienden a adquirir electrones y a formar xidos cidos.

Los metales tienen energa de ionizacin baja: reaccionan con facilidad perdiendo electrones para formar iones positivos o cationes. De este modo, los metales forman sales como cloruros, sulfuros y carbonatos, actuando como agentes reductores (donantes de electrones).

1.2 Estructura ElectrnicaEn sus primeros esfuerzos para explicar la estructura electrnica de los metales, los cientficos esgrimieron las propiedades de su buena conductividad trmica y elctrica para apoyar la teora de que los metales se componen de tomos ionizados, cuyos electrones libres forman un 'mar' homogneo de carga negativa. La atraccin electrosttica entre los iones positivos del metal y los electrones libres, se consider la responsable del enlace entre los tomos del metal. As, se pensaba que el libre movimiento de los electrones era la causa de su alta conductividad elctrica y trmica. La principal objecin a esta teora es que en tal caso los metales deban tener un calor especfico superior al que realmente tienen.

En 1928, el fsico alemn Arnold Sommerfeld sugiri que los electrones en los metales se encuentran en una disposicin cuntica en la que los niveles de baja energa disponibles para los electrones se hallan casi completamente ocupados. (ver anexo 1).En el mismo ao, el fsico suizo estadounidense Flix Bloch, y ms tarde el fsico francs Louis Brillouin, aplicaron esta idea en la hoy aceptada 'teora de la banda' para los enlaces en los slidos metlicos.

1.3 Movimiento electrnico en un campo magntico.Adems de sus notables descubrimientos experimentales Faraday hizo una contribucin terica que ha tenido una gran influencia en el desarrollo de la fsica hasta la actualidad: el concepto de lnea de fuerza y asociado a ste, el de campo.

Oersted haba escrito que el efecto magntico de una corriente elctrica que circula por un alambre conductor se esparce en el espacio fuera del alambre. De esta forma la aguja de una brjula lo podr sentir y girar debido a la fuerza que experimenta.

Por otro lado, ya desde tiempos de Gilbert se haban hecho experimentos como el mencionado en el captulo IV, el de una barra magntica con limaduras de hierro, donde se puede apreciar que las limaduras se orientan a lo largo de ciertas lneas.

Asimismo, desde la poca de Newton se trat de encontrar el mecanismo por medio del cual dos partculas separadas cierta distancia experimentan una fuerza, por ejemplo, la de atraccin gravitacional. Entre los cientficos de esa poca y hasta tiempos de Faraday se estableci la idea de que exista la llamada accin a distancia. Esto significa que las dos partculas experimentan una interaccin instantnea. As, por ejemplo, si una de las partculas se mueve y cambia la distancia entre ellas, la fuerza cambia instantneamente al nuevo valor dado en trminos de la nueva distancia entre ellas.

Antes de Faraday la idea de las lneas de fuerza se haba tratado como un artificio matemtico. Estas lneas de fuerza ya se haban definido de la siguiente forma: supongamos que hay una fuerza entre dos tipos de partculas, por ejemplo, elctricas. Sabemos que si son de cargas iguales se repelen, mientras que si sus cargas son opuestas se atraen. Consideremos una partcula elctrica positiva que llamaremos 1. Tomemos ahora otra partcula, la 2, tambin positiva, pero de carga mucho menor que la 1. A esta partcula 2 la llamaremos de prueba, pues con ella veremos qu pasa en el espacio alrededor de la partcula 1. La fuerza entre ellas se muestra en la figura. Ahora dejemos que la partcula de prueba se mueva un poco. Debido a que es repelida por la 1 se alejar y llegar a una nueva posicin. Si se vuelve a dejar que la partcula de prueba se mueva un poco llegar a otra posicin, y as sucesivamente. La trayectoria que sigue la partcula de prueba al moverse en la forma descrita es una lnea de fuerza. Nos damos cuenta de que la fuerza que experimenta la partcula de prueba es siempre tangente a la lnea de fuerza. Ahora podemos repetir la experiencia colocando la partcula de prueba en otro lugar y as formar la lnea de fuerza correspondiente. De esta manera podemos llenar todo el espacio que rodea a la partcula 1 de lneas de fuerza, y nos percatamos de que todas ellas salen de la partcula 1.Si la partcula 1 fuera de carga negativa, las lneas de fuerza tendran sentido opuesto a las anteriores, pues la partcula 1 atraera a la 2.De esta forma se pueden encontrar las lneas de fuerza de cualquier conjunto de cargas elctricas. En general stas son lneas curvas que empiezan en cargas positivas y terminan en cargas negativas.

1.3.1 Forma en que se define la lnea de fuerza del campo elctrico.En cada caso la fuerza que experimentara una partcula de prueba de carga positiva que se colocara en cualquier punto del espacio tendra una direccin que sera tangente a la lnea de fuerza en ese punto.

Podemos por tanto afirmar que para cualquier distribucin de carga la(s) partcula(s) crea(n) una situacin en el espacio a su alrededor tal, que si se coloca una partcula de prueba en cualquier punto, la fuerza que experimenta la partcula de prueba es tangente a la lnea de fuerza. Se dice que cualquier distribucin de carga elctrica crea a su alrededor una situacin que se llama campo elctrico.De manera completamente anloga se pueden definir las lneas de fuerza magnticas. Al colocar una limadura de hierro sta se magnetiza y se orienta en una direccin tangente a la lnea de fuerza. Las limaduras de hierro desempean el papel de sondas de prueba para investigar qu situacin magntica se crea alrededor de los agentes que crean el efecto magntico. En el captulo anterior hablamos del efecto magntico que se produce en el espacio. Este efecto es el campo magntico.Al cambiar la disposicin de las cargas elctricas, imanes o corrientes elctricas, es claro que las lneas de fuerza que producen en el espacio a su alrededor tambin cambian. El efecto que se produce en el espacio constituye un campo. As tenemos tanto un campo elctrico como uno magntico. Por tanto, un campo es una situacin que un conjunto de cargas elctricas o imanes y corrientes elctricas producen en el espacio que los rodea. (ver anexo 2).Fue Faraday quien proporcion una realidad fsica a la idea de campo, y basndose en ello se dio cuenta de que si se cambia la posicin fsica de cualquier partcula elctrica en una distribucin, entonces el campo elctrico que rodea a sta tambin deber cambiar y por tanto, al colocar una partcula de prueba en cualquier punto, la fuerza que experimenta cambiar. Sin embargo, a diferencia de la accin a distancia, estos cambios tardan cierto intervalo de tiempo en ocurrir, no son instantneos. Otro ejemplo es cuando una corriente elctrica que circula por un alambre cambia abruptamente. Faraday se pregunt si el cambio en el campo magntico producido ocurra instantneamente o si tardaba en ocurrir, pero no pudo medir estos intervalos de tiempo ya que en su poca no se dispona del instrumental adecuado. (Incluso hizo varios intentos infructuosos por disear un instrumento que le sirviera a este propsito al final de su vida.) Sin embargo, no tuvo la menor duda de que en efecto transcurra un intervalo finito de tiempo en el que se propagaba el cambio. As, Faraday argument que la idea de accin a distancia no poda ser correcta.

Hemos de mencionar que no fue sino hasta el ao de 1887 cuando se midi en un laboratorio por primera vez, y se comprob que este tipo de propagacin ocurre en un tiempo finito. El experimento fue hecho por Heinrich Hertz y lo describiremos ms adelante.

Faraday dio otro argumento para rechazar la idea de accin a distancia. La fuerza entre dos partculas elctricamente cargadas no solamente depende de la distancia entre ellas sino tambin de lo que haya entre ellas. Si las partculas estn en el vaco, la fuerza tendr cierto valor, pero si hay alguna sustancia entre ellas el valor de la fuerza cambiar. Faraday realiz varios experimentos para confirmar sus afirmaciones. Escribi que el medio que se encuentre entre las partculas causa una diferencia en la transmisin de la accin elctrica, lo que ocasiona que no pueda haber accin a distancia. Por lo tanto, la accin entre las partculas se debe transmitir, punto a punto, a travs del medio circundante.

Fue en 1837 que Faraday propuso la idea de que la lnea de fuerza tena realidad fsica. Con ello demostr tener una gran intuicin fsica para entender los fenmenos electromagnticos. Hay que mencionar que debido a que no tena preparacin matemtica adecuada, por no haber asistido a una escuela de enseanza superior, Faraday no pudo desarrollar la teora matemtica del campo electromagntico, hecho que tuvo que esperar hasta Maxwell. Sin embargo, tuvo el genio extraordinario para describir esta idea de manera grfica.1.4 Carga ElctricaLa carga elctrica es una propiedad que poseen algunas partculas subatmicas y que se manifiesta mediante las fuerzas observadas entre ellas. La materia cargada elctricamente es influida por los campos electromagnticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interaccin entre carga y campo elctrico es la fuente de una de las cuatro interacciones fundamentales, la interaccin electromagntica. La partcula que transporta la informacin de estas interacciones es el fotn. Estas fuerzas son de alcance infinito y no se manifiestan de forma inmediata, sino que tardan un tiempo velocidad de la luz INCLUDEPICTURE "http://upload.wikimedia.org/math/8/9/9/899ba9ce00cba624f6f2a66f25300fb9.png" \* MERGEFORMATINET

, donde c es la en el medio en el que se transmite y d la distancia entre las cargas.

Las dos partculas elementales cargadas que existen en la materia y que se encuentran de forma natural en la Tierra son el electrn y el protn, aunque pueden encontrarse otras partculas cargadas procedentes del exterior (como los muones o los piones). Todos los hadrones (como el protn y el neutrn) adems, estn constituidos por partculas cargadas ms pequeas llamadas quarks, sin embargo estas no pueden encontrarse libres en la naturaleza.

Cuando un tomo gana o pierde un electrn, queda cargado elctricamente. A estos tomos cargados se les denomina iones. (ver anexo 3)Los trabajos de investigacin realizados en la segunda mitad del siglo XIX por el premio Nobel de Fsica Joseph John Thomson, que le llevaron en 1897 a descubrir el electrn, y de Robert Millikan a medir su carga, determinaron la naturaleza discreta de la carga elctrica.En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga elctrica se denomina culombio (smbolo C) y se define como la cantidad de carga que pasa por una seccin en 1 segundo cuando la corriente elctrica es de 1 amperio. Se corresponde con la carga de 6,241018 electrones aproximadamente. La carga ms pequea que se encuentra en la naturaleza es la carga del electrn (que es igual en magnitud a la del protn y de signo opuesto): e = 1,60210-19 C (1 eV en unidades naturales).

1.5 Fuerza entre CargasCoulomb fue el primero en determinar, en 1785, el valor de las fuerzas ejercidas entre cargas elctricas. Usando una balanza de torsin determin que la magnitud de la fuerza con que se atraen o repelen dos cargas elctricas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de las magnitudes de cada carga e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

donde q1 y q2 son las cargas, r es la distancia que las separa y la constante de proporcionalidad k depende del sistema de unidades.

Una propiedad fundamental de estas fuerzas es el principio de superposicin que establece que, cuando hay varias cargas qj, la fuerza resultante sobre una cualquiera de ellas es la suma vectorial de las fuerzas ejercidas por todas las dems. La fuerza ejercida sobre la carga puntual qi en reposo est dada en el SI por:

donde denota el vector que une la carga qj con la carga qi.

Cuando las cargas estn en movimiento aparecen tambin fuerzas magnticas. La forma ms sencilla de describir el fenmeno es con el uso de campos elctrico () y magntico (), de los que a su vez se pueden derivar las fuerzas a partir de la frmula de Lorentz:

En el caso general de cargas distribuidas de manera arbitraria, no es posible escribir expresiones explcitas de las fuerzas. Hay que resolver las ecuaciones de Maxwell, calcular los campos y derivar las fuerzas a partir de las expresiones de la energa electromagntica.1.6 Ley de Ohm

Ley de Ohm: V = I x REl voltaje hace que la electricidad fluya a lo largo de los alambres de cobre, mientras que el aislamiento que cubre dichos alambres ejercen una resistencia al paso de corriente, que es mucho menor a lo largo del alambre.

Al aplicar la Ley de Ohm al alambre, tendremos que a menor resistencia del alambre, tiempo. Esto se visualiza al realizar mediciones peridicas y estudiando la tendencia que existen diferentes tipos de solicitaciones:

- Sobretensiones en rgimen permanente, o sobretensiones permanentes.

-o en sus proximidades. Se caracterizan por un frente escarpado de duracin comprendida entre microsegundos y milisegundos:

Frente lento: Frente de 20 microsegundos a 500 microsegundos, cola de hasta 20 milisegundos.

Frente rpido: Frente de 0`1 microsegundos a 20 microsegundos, cola de hasta 300 microsegundos.

Frente muy rpido: que haya contacto elctrico

Los materiales utilizados ms frecuentemente son los plsticos y las cermicas.

El comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que se establece entre las bandas de valencia y conduccin que dificulta la existencia de electrones libres capaces de conducir la electricidad a travs del material (para ms detalles ver semiconductor). Un material aislante de la electricidad tiene una resistencia tericamente infinita. Algunos materiales, como el aire o el agua, son aislantes bajo ciertas condiciones pero no para otras. El aire, por ejemplo, aislante a temperatura ambiente y bajo condiciones de frecuencia de la seal y potencia relativamente bajas, puede convertirse en conductor.

Materiales conductores: metales, hierro, mercurio, oro, plata, cobre, platino, plomo, etc.

Materiales aislantes: plstico, madera, cermicas, etc.

1.7 Propiedades De Los ElectronesEl electrn es un tipo de partcula elemental de carga negativa que forma parte de la familia de los leptones y que, junto con los protones y los neutrones, forma los tomos y las molculas. Los electrones estn presentes en todos los tomos y cuando son arrancados del tomo se llaman electrones libres.

Los electrones intervienen en una gran variedad de fenmenos fsicos y qumicos. Se dice que un objeto est cargado elctricamente si sus tomos tienen un exceso de electrones (posee carga negativa) o un dficit de los mismos (posee carga positiva). El flujo de una corriente elctrica en un conductor es causado por el movimiento de los electrones libres del conductor. La conduccin del calor tambin se debe fundamentalmente a la actividad electrnica. El estudio de las descargas elctricas a travs de gases enrarecidos en los tubos de vaco fue el origen del descubrimiento del electrn. En los tubos de vaco, un ctodo calentado emite una corriente de electrones que puede emplearse para amplificar o rectificar una corriente elctrica (vase Rectificacin). Si esa corriente se enfoca para formar un haz bien definido, ste se denomina haz de rayos catdicos. Si se dirige el haz de rayos catdicos hacia un objetivo adecuado se producen rayosX; si se dirigen hacia la pantalla fluorescente de un tubo de televisin, se obtienen imgenes visibles. Las partculas beta que emiten algunas sustancias radiactivas son electrones.

Los electrones tambin intervienen en los procesos qumicos. Una reaccin qumica de oxidacin es un proceso en el cual una sustancia pierde electrones, y una reaccin de reduccin es un proceso en el cual una sustancia gana electrones.

En 1906, el fsico estadounidense Robert Andrews Millikan, mediante su experimento de la gota de aceite, determin la carga del electrn: 1,60210-19 culombios; su masa en reposo es 9,109 10-31kg. La carga del electrn es la unidad bsica de electricidad y se considera la carga elemental en el sentido de que todos los cuerpos cargados lo estn con un mltiplo entero de dicha carga. El electrn y el protn poseen la misma carga, pero, convencionalmente, la carga del protn se considera positiva y la del electrn negativa.

En 1897 Joseph John Thomson realiz su famoso experimento con un tubo de rayos catdicos, un tubo de cristal al que le haba hecho el vaco y cuando las placas metlicas del tubo se conectaban a una batera y se generaba corriente elctrica, poda observarse que el interior del tubo comenzaba a brillar.

Thomson pens que los rayos catdicos eran partculas infinitesimales que se producan en el ctodo y eran atradas hacia el nodo, descubri adems que la trayectoria de estas partculas se alteraba si eran expuestas a un campo elctrico, Thomson llam a esas partculas "corpsculos". Tiempo despus esos corpsculos serian conocidos como electrones, as es comn en la historia de la fsica considerar a Thomson como el descubridor del electrn.

El electrn no es una partcula de la realidad tal cual es, sino un concepto cambiante, que es muchas cosas diferentes a lo largo del tiempo. El trabajo del cientfico no es "descubrir" los secretos de una realidad ya dada, sino la de construir teoras y explorar en que sentido corresponden con el mundo, pero esta correspondencia no es una sola.

2.1 ConductoresLos metales son buenos conductores de la electricidad y del calor porque tienen espacios sin rellenar en la banda de energa de valencia (ver anexo 4). (El nivel de Fermi marca una ocupacin slo parcial de la banda). En ausencia de campos elctricos, la conduccin elctrica se produce en todas direcciones a velocidades muy elevadas. Incluso a la temperatura ms fra posible - en el cero absoluto - la conduccin elctrica puede an darse a la velocidad de Fermi (la velocidad de los electrones con energa de Fermi). Cuando se aplica un campo elctrico, un ligero desequilibrio desarrolla un flujo de los electrones mviles. Los electrones de esta banda pueden verse acelerados por el campo porque hay multitud de estados cercanos sin rellenar en la banda.

La resistencia en los metales se da por la dispersin de electrones desde defectos en el entramado o por fonones. El modelo de Drude representa una teora grosera clsica para metales sencillos, en el que la dispersin es caracterizada por un tiempo de relajacin . La conductividad viene entonces dada por la frmula

donde n es la densidad de conduccin elctrica, e es la carga del electrn, y m es la masa del electrn. Un modelo mejor es el de la llamada teora semiclsica, en la cual el efecto de la potencial periodicidad del entramado sobre los electrones les dota de una masa efectiva (ref. teora de bandas).

2.2 Semiconductores

El nivel de Fermi en un semiconductor est situado de manera que est o lleno o vaco. Un slido que no tiene bandas parcialmente rellenas es un aislante, pero a temperaturas finitas, los electrones pueden ser excitados trmicamente desde la banda de valencia hasta la siguiente ms elevada, la [[banda de conduccin que est vaca. La fraccin de electrones excitada de esta manera depende de la temperatura y del salto entre bandas, que es la diferencia de energa entre las dos bandas. Al excitar estos electrones en la banda de conduccin se dejan atrs huecos cargados positivamente en la banda de valencia, que tambin pueden conducir la electricidad.

En los semiconductores, las impurezas afectan ampliamente a la concentracin y al tipo de los portadores de cargas. Las impurezas donantes (de tipo n) tienen electrones de valencia extra con energas muy cercanas a las de la banda de conduccin que pueden ser fcilmente excitados trmicamente hacia la banda de conduccin. Las impurezas aceptoras (de tipo p) capturan electrones desde la banda de valencia, facilitando la formacin de huecos. Si un aislante es dopado con suficientes impurezas, puede darse una transicin de Mott y que el aislante pase a ser conductor.

2.2.1 Semiconductor tipo NEste tipo de semiconductor trata de emparejar los materiales con respecto a sus cargas y lo realiza con enlace de impurezas a ambos materiales. Por lo tanto, la impureza puede donar cargas con carga negativa al cristal, lo cual nos explica el nombre de tipo N (por negativo).

El material semiconductor de tipo N comercial se fabrica aadiendo a un cristal de silicio pequeas cantidades controladas de una impureza seleccionada. A estas impurezas tambin se les llama contaminantes, claro as se le llaman a las impurezas que se agregan intencionalmente. Los contaminantes de tipo N mas comunes son el fsforo, arsnico y antimonio. A estossemiconductoresse les conoce tambin como donadores, y como este nombre lo indica estos semiconductorespasas cargas al material que le hace falta para as poder emparejar este material, y es por eso que se les conoce mayormente como donadores.

2.2.2 Semiconductor tipo PElsemiconductortipo P se produce tambin comercialmente por el proceso de contaminacin, en este caso el contaminante tiene una carga menos que el semiconductor tipo N, entre los ms comunes podemos encontrar el aluminio, boro, galio y el indio. Conocidos como aceptores el cual contiene espacios y necesita que sean llenados para emparejar el material.

2.2.3 Semiconductor tipo PNAl combinar los materiales de tipo P y N se obtienen datos y cosas muy curiosas pero lo mas importante y relevante es la formacin del tipouninPN. Una unin se compone de tres regiones semiconductoras, la regin tipo P, una regin de agotamiento y la regin tipo N.

La regin de agotamiento se forma al unir estos dos materiales y aqu es donde los tomos que le sobran al tipo N pasan a llenar los espacios que deja el tipo P as complementndose uno con otro. Lo mas importante de la unin es su capacidad para pasar corriente en una sola direccin.

2.3 Superconductores

Los superconductores son conductores perfectos bajo una cierta temperatura crtica especfica para cada material y bajo un campo magntico. En los metales y en algunos otros materiales, se da una transicin a la superconductividad cuando se alcanzan bajas temperaturas (sub-criognicas). Mediante una interaccin en la que participan algunas otras partes del sistema (en los metales, los fonones), los electrones se emparejan en pares de Cooper. Los pares de Cooper bosnicos forman un superfluido que tiene resistencia cero. Vase la teora BCS.

2.3.1. Comportamiento magntico

Aunque la propiedad ms sobresaliente de los superconductores es la ausencia deresistencia, lo cierto es que no podemos decir que se trate de un material deconductividadinfinita, ya que este tipo de material por s slo no tiene sentido termodinmico. En realidad un material superconductor es perfectamente diamagntico. Esto hace que no permita que penetre el campo, lo que se conoce comoefecto Meissner.

El campo magntico distingue dos tipos de superconductores: los detipo I, que no permiten en absoluto que penetre un campo magntico externo (lo cual conlleva un esfuerzo energtico alto, e implica la ruptura brusca del estado superconductor si se supera la temperatura crtica), y los detipo II, que son superconductoresimperfectos, en el sentido en que el campo realmente penetra a travs de pequeas canalizaciones denominadasvrticesde Abrikosov, ofluxones. Estos dos tipos de superconductores son de hecho dosfasesdiferentes que fueron predichas porLev Davidovich LandauyAleksey Aleksyevich Abriksov.

Cuando a un superconductor aplicamos un campo magntico externo dbil lo repele perfectamente. Si lo aumentamos, el sistema se vuelve inestable y prefiere introducirvrticespara disminuir suenerga. stos van aumentando en nmero colocndose en redes de vrtices que pueden ser observados mediante tcnicas adecuadas. Cuando el campo es suficientemente alto, el nmero de defectos es tan alto que el material deja de ser superconductor. ste es elcampo crticoque hace que un material deje de ser superconductor y que depende de la temperatura.

2.3.2 Comportamiento elctrico

La aparicin delsperdiamagnetismoes debida a la capacidad del material de crearsupercorrientes. stas son corrientes de electrones que no disipan energa, de manera que se pueden mantener eternamente sin obedecer elEfecto Joulede prdida de energa por generacin de calor. Las corrientes crean el intenso campo magntico necesario para sustentar elefecto Meissner. Estas mismas corrientes permiten transmitir energa sin gasto energtico, lo que representa el efecto ms espectacular de este tipo de materiales. Debido a que la cantidad de electrones superconductores es finita, la cantidad de corriente que puede soportar el material es limitada. Por tanto, existe unacorriente crticaa partir de la cual el material deja de ser superconductor y comienza a disipar energa.

En los superconductores de tipo II, la aparicin defluxonesprovoca que, incluso para corrientes inferiores a la crtica, se detecte una cierta disipacin de energa debida al choque de los vrtices con los tomos de la red.

2.3.3 Calor especfico

En los metales elcalor especficoes una funcin de la temperatura. Cuando la temperatura es muy baja, pero el metal est en el estado normal (es decir, cuando an no est en estado superconductor) el calor especfico tiene la forma

donde a y b son constantes que se pueden medir mediante experimentos. El primer trmino (el trmino lineal) refleja la conduccin elctrica, mientras que el segundo trmino (el que vara con el cubo de la temperatura) se debe a los fonones (es decir, a las vibraciones de la red).

Sin embargo, si seguimos enfriando y el metal pasa al estado superconductor, este comportamiento cambia radicalmente: el calor especfico tiene una discontinuidad en la temperatura crtica, aumentando sensiblemente, para despus variar de la forma

2.4 Electrolitos

Las corrientes elctricas en los electrolitos son flujos de iones elctricamente cargados. Por ejemplo, si se somete una disolucin de Na+ y Cl a un campo elctrico, los iones de sodio se movern de forma constante hacia el electrodo negativo (Ctodo), mientras que los iones de cloro se movern hacia el electrodo positivo (nodo). Si las condiciones son las correctas, se producirn reacciones redox en la superficie de los electrodos, liberando electrones el cloro y posibilitando que se absorban electrones en el sodio. (ver anexo 5)El hielo de agua y ciertos electrolitos slidos llamados conductores de protones contienen iones positivos de hidrgeno que son de movimiento libre. En estos materiales, las corrientes elctricas estn compuestas por protones en movimiento (contrariamente a los electrones mviles que encontramos en los metales).

En ciertas mezclas electrolticas, poblaciones de iones brillantemente coloreados forman las cargas elctricas en movimiento. La lenta migracin de esos iones a lo largo de una corriente elctrica es un ejemplo de situacin donde una corriente es directamente visible a los ojos humanos.

2.5 Gases y plasmas

En el aire y en otros gases corrientes por debajo del dominio de rotura, la fuente dominante de conduccin elctrica es a travs de un relativamente reducido nmero de iones mviles producidos por gases radioactivos, luz ultravioleta, o rayos csmicos. Dado que la conductividad elctrica es extremadamente baja, los gases son dielctricos o aislantes. Sin embargo, cuando el campo elctrico aplicado se aproxima al valor de rotura, los electrones libres alcanzan una aceleracin suficiente por parte del campo elctrico como para crear electrones libres adicionales mediante la colisin, y la ionizacin de los tomos o las molculas neutras del gas en un proceso llamado rotura en avalancha. El proceso de rotura forma un plasma que contiene un nmero significativo de electrones mviles y de iones positivos, por lo que se comporta como un conductor elctrico. En el proceso, se forma una senda conductiva que emite luz, como una chispa, un arco o un rayo.

Un plasma es un estado de la materia donde algunos de los electrones de un gas han sido separados o "ionizados" de sus molculas o tomos. Un plasma puede formarse por altas temperaturas, o por la aplicacin de un campo elctrico o magntico intenso. Debido a su masa inferior, los electrones en un plasma aceleran ms la respuesta aun campo elctrico que los iones positivos de mayor peso, por lo que cargan con el grueso de la corriente.

2.6 Vaco

Dado que un vaco perfecto no contiene partculas cargadas, los vacos normalmente se comportan como aislantes perfectos (seran los mayores aislantes conocidos). Pese a ello, las superficies de los electrodos de metal pueden causar que una regin de vaco se convierta en conductora por la inyeccin de electrones libres o de iones a travs tanto de emisiones de campo como de emisiones terminicas. Las emisiones terminicas ocurren cuando la energa termal excede a la funcin trabajo, mientras que las emisiones tienen lugar cuando el campo elctrico en la superficie del metal es lo suficientemente elevado como para causar un efecto tnel, el cual desemboca en el lanzamiento de electrones libres desde el metal al vaco. Se suelen emplear electrodos calentados externamente para generar una nube de electrones como en el filamento o en el ctodo calentado indirectamente de las vlvulas termoinicas. Los electrodos fros pueden tambin producir nubes de electrones espontneamente a base de emisiones termoinicas cuando se forman pequeas regiones incandescentes (llamadas puntos catdicos o puntos andicos). Estas son regiones incandescentes de la superficie del electrodo que son creadas por flujos de corriente localizadamente elevados. Pueden haberse iniciado por emisiones de campo, pero entonces son mantenidas por emisiones terminicas localizadas una vez que se ha formado el arco de vaco. Estas zonas de emisin de electrones se pueden formar muy rpidamente, incluso de forma explosiva, en superficies de metal sujetas a campos elctricos elevados. Las vlvulas termoinicas y los sprytrones son algunos de los interruptores electrnicos y de los dispositivos de amplificacin basados en la conductividad en el vaco.

2.7 Aislantes Elctricos

El aislante perfecto para las aplicaciones elctricas sera un material absolutamente no conductor, pero ese material no existe. Losmateriales empleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente elctrica hasta 2,5 1024 veces mayor que la de los buenosconductores elctricoscomo la plata o elcobre. Estosmaterialesconductores tienen un gran nmero de electrones libres (electrones no estrechamente ligados a los ncleos) que pueden transportar la corriente; los buenos aislantes apenas poseen estos electrones. Algunos materiales, como el silicio o el germanio, que tienen un nmero limitado de electrones libres, se comportan comosemiconductores, y son lamateria bsica de lostransistores.

En loscircuitos elctricosnormales suelen usarseplsticoscomo revestimiento aislante para los cables. Los cables muy finos, como los empleados en las bobinas (por ejemplo, en un transformador), pueden aislarse con una capa delgada de barniz. El aislamiento interno de los equipos elctricos puede efectuarse con mica o mediante fibras devidriocon un aglutinador plstico. En los equipos electrnicos ytransformadoresse emplea en ocasiones un papelespecial para aplicaciones elctricas. Las lneas de alta tensin se aslan convidrio, porcelana u otro material cermico.

La eleccin del material aislante suele venir determinada por la aplicacin. El polietileno y poliestireno se emplean en instalaciones de alta frecuencia, y el mylar se emplea encondensadoreselctricos. Tambin hay que seleccionar los aislantes segn la temperatura mxima que deban resistir. El tefln se emplea para temperaturas altas, entre 175 y 230C. Las condiciones mecnicas o qumicas adversas pueden exigir otrosmateriales. Elnylontiene una excelente resistencia a la abrasin, y el neopreno, la goma de silicona, los polisteres de epoxy y los poliuretanos pueden proteger contra losproductos qumicos y la humedad.

3.1 Conduccin Elctrica De Los ElementosNo todos los materiales conducen la electricidad de la misma forma. Para diferenciarlos, decimos que algunos presentan mayor resistencia que otros a conducir la electricidad.

La resistencia elctrica es una medida cuantitativa respecto de cun buen conductor es un material. La resistencia elctrica se mide en ohms, en honor a Georg Simon Ohm (1787-1854), que desarroll los principios agrupados en la ley de Ohm (ver recuadro). A los materiales que presentan baja resistencia elctrica se les llama buenos conductores elctricos. A su vez, a aquellos que poseen alta resistencia elctrica se les denomina malos conductores elctricos. Cambios en la resistencia Qu puede hacer cambiar la resistencia elctrica en un material conductor? Volvamos a nuestro modelo del juego de las manzanas verdes. Si permitimos que ms individuos se incorporen al juego y, de este modo, aumentamos la longitud del grupo en relacin al campo de juego, qu suceder con la conduccin de las manzanas? Pues bien, dado que ahora existe una mayor cantidad de individuos a travs de los cuales debe pasar cada manzana, observaremos que la conduccin cambia. Esto, pues habiendo una mayor cantidad de personas, aumenta el nmero de manzanas que se caen al suelo, o bien el nmero de ellas que son mordisqueadas, lo que trae como consecuencia que la conduccin empeore.

Por otra parte, si en vez de aumentar la longitud del grupo, aumentamos el espacio por donde pasarn las manzanas es decir, aumentamos el ancho, incorporando ms jugadores distribuidos en el campo de juego, tambin observaremos que la conduccin cambia. Puesto que, si bien en este caso, al aumentar la cantidad de individuos, es mayor la cantidad de manzanas que se caen al suelo o son mordisqueadas, a su vez es mayor tambin la cantidad de manzanas que circulan por el grupo, dado que al aumentar el ancho de este hay ms personas sacando manzanas desde los cajones, con lo cual observaremos -contrario al caso anterior, donde solo saca manzanas quien est al comienzo de la fila de jugadores que la conduccin de manzanas mejora.

Anlogamente a nuestro modelo, en un material conductor la resistencia elctrica aumenta mientras mayor sea el largo del conductor por el cual circula una corriente, y disminuye cuando aumenta el rea de este.

3.1.1 Oro

El oro es un elemento qumico de nmero atmico 79, situado en el grupo 11 de la tabla peridica. Es un metal precioso blando de color amarillo. Su smbolo es Au (del latn aurum). Es un metal de transicin blando, brillante, amarillo, pesado, maleable y dctil. El oro no reacciona con la mayora de productos qumicos, pero es sensible al cloro y al agua regia. El metal se encuentra normalmente en estado puro y en forma de pepitas y depsitos aluviales y es uno de los metales tradicionalmente empleados para acuar monedas. Se utiliza en la joyera, la industria y la electrnica por su resistencia a la corrosin.

La alta conductividad elctrica del oro le hacen un conductor excelente y confiable, particularmente en los ambientes speros, donde las temperaturas pueden extenderse de -55C a 200C. El uso en trazado de circuitos asegura la confiabilidad de la operacin del equipo, particularmente en la activacin vital de los mecanismos de la bolsa de aire de seguridad en vehculos de motor o el despliegue de satlites o de las naves espaciales.

3.1.2 Plata

La plata es un elemento qumico de nmero atmico 47 situado en el grupo 1b de la tabla peridica de los elementos. Su smbolo es Ag (procede del latn: argentum). Es un metal de transicin blanco, brillante, blando, dctil, maleable y es el mejor conductor metlico del calor y la electricidad.

Se encuentra en la naturaleza formando parte de distintos minerales (generalmente en forma de sulfuro) o como plata libre. Es muy escasa en la naturaleza, de la que representa una parte en 10 millones de corteza terrestre. La mayor parte de su produccin se obtiene como subproducto del tratamiento de las minas de cobre, cinc, plomo y oro.

3.1.3 Cobre

La conductividad elctrica del cobre (la mejor entre los metales no preciosos) es crtica para el transporte del futuro, incluyendo trenes de alta velocidad y vehculos de nueva generacin.

Desde el 2007, el Velaro es el servicio de trenes comercial ms rpido del mundo. Fue solicitado por RENFE (Compaa Espaola de Ferrocarriles) a Siemens, con el objetivo de servir en la nueva lnea Madrid-Barcelona, que abarca 650 kilmetros. El tren tiene una velocidad de crucero de 350 kilmetros por hora, as el viaje entre las dos ciudades espaolas durar slo dos horas y media en vez de las cuatro horas que, aproximadamente, antes se necesitaban. En el 2006 el Velaro una versin mejorada del tren ICE 3 del Deutsche Bahn estableci el rcord mundial al viajar a una velocidad de 404 km/hora con su normal disposicin de serie sobre una nueva va.

3.2 Conduccin Elctrica De Los Compuestos

Losmateriales compuestosno presentan ningn tipo de interferencia a las ondas electromagnticas, ni conducen la electricidad, pudiendo formularse con un carcter altamente ignfugo, encontrando multitud de aplicaciones en instalaciones elctricas, comunicaciones, etc.Estn constituidos por al menos dos fases (Fibra y Resina) fabricados expresamente para mejorar los valores de las propiedades que estos componentes presentan por separado.

3.2.1 Agua

El agua pura, practicamente no conduce la corriente, sin embargo el agua con sales disueltas conduce la corriente elctrica. Los iones cargados positiva y negativamente son los que conducen la corriente, y la cantidad conducida depender del nmero de iones presentes y de su movilidad. ( ver Tabla ) Todos los valores de conductividad estn referidos a una tempertatura de referencia de 25 C .

Valores de conductividad del aguaTemperatura de la muestra 25 CConductividad, S/cm

Agua ultrapura0.05

Agua de alimentacin a calderas1 a 5

Agua potable50 a 100

Agua de mar53,000

3.2.2 Soluciones

En la mayora de las soluciones acuosoas, entre mayor sea la cantidad de sales disueltas, mayor ser la conductividad, este efecto contina hasta que la solucin est tan llena de iones que se restringe la libertad de movimiento y la conductividad puede disminuir en lugar de aumentas, dndose casos de dos diferentes concentraciones con la misma conductividad. Las determinaciones de la conductividad reciben el nombre de determinaciones conductomtricas y tienen muchas aplicaciones como, por ejemplo:

En la electrlisis, ya que el consumo de energa elctrica en este proceso depende en gran medida de ella.

En los estudios de laboratorio para determinar el contenido de sal de varias soluciones durante la evaporacin del agua (por ejemplo en el agua de calderas o en la produccin de leche condensada.

En el estudio de las basicidades de los cidos, puesto que pueden ser determinadas por mediciones de la conductividad.

Para determinar las solubilidades de electrlitos escasamente solubles y para hallar concentraciones de electrlitos en soluciones por titulacin.

La base de las determinaciones de la solubilidad es que las soluciones saturadas de electrlitos escasamente solubles pueden ser consideradas como infinitamente diluidas. Midiendo la conductividad especfica de semejante solucin y calculando la conductividad equivalente segn ella, se halla la concentracin del electrlito, es decir, su solubilidad.

Un mtodo prctico sumamente importante es el de la titulacin conductomtrica, o sea la determinacin de la concentracin de un electrlito en solucin por la medicin de su conductividad durante la titulacin. Este mtodo resulta especialmente valioso para las soluciones turbias o fuertemente coloreadas que con frecuencia no pueden ser tituladas con el empleo de indicadores.

La conductividad elctrica se utiliza para determinar la salinidad (contenido de sales) de suelos y substratos de cultivo, ya que se disuelven stos en agua y se mide la conductividad del medio lquido resultante. Suele estar referenciada a 25 C y el valor obtenido debe corregirse en funcin de la temperatura. Coexisten muchas unidades de expresin de la conductividad para este fin, aunque las ms utilizadas son dS/m (deciSiemens por metro), mmhos/cm (milimhos por centmetro) y segn los organismos de normalizacin europeos mS/m (miliSiemens por metro). El contenido de sales de un suelo o substrato tambin se puede expresar por la resistividad (se sola expresar as en Francia antes de la aplicacin de las normas INEN).

4.1 DoparOtro mtodo para obtener electrones para el transporte de electricidad consiste en aadir impurezas al semiconductor o doparlo. La diferencia del nmero de electrones de valencia entre el material dopante (tanto si acepta como si confiere electrones) y el material receptor hace que crezca el nmero de electrones de conduccin negativos (tipo n) o positivos (tipo p). Este concepto se ilustra en el diagrama adjunto, que muestra un cristal de silicio dopado. Cada tomo de silicio tiene cuatro electrones de valencia (representados mediante puntos). Se requieren dos para formar el enlace covalente. En el silicio tipo n, un tomo como el del fsforo (P), con cinco electrones de valencia, reemplaza al silicio y proporciona electrones adicionales. En el silicio tipo p, los tomos de tres electrones de valencia como el aluminio (Al) provocan una deficiencia de electrones o huecos que se comportan como electrones positivos. Los electrones o los huecos pueden conducir la electricidad (ver anexo 6)

Cuando ciertas capas de semiconductores tipo p y tipo n son adyacentes, forman un diodo de semiconductor, y la regin de contacto se llama unin pn. Un diodo es un dispositivo de dos terminales que tiene una gran resistencia al paso de la corriente elctrica en una direccin y una baja resistencia en la otra. Las propiedades de conductividad de la unin pn dependen de la direccin del voltaje, que puede a su vez utilizarse para controlar la naturaleza elctrica del dispositivo. Algunas series de estas uniones se usan para hacer transistores y otros dispositivos semiconductores como clulas solares, lseres de unin pn y rectificadores.

Los dispositivos semiconductores tienen muchas aplicaciones en la ingeniera elctrica. Los ltimos avances de la ingeniera han producido pequeos chips semiconductores que contienen cientos de miles de transistores. Estos chips han hecho posible un enorme grado de miniaturizacin en los dispositivos electrnicos. La aplicacin ms eficiente de este tipo de chips es la fabricacin de circuitos de semiconductores de metal - xido complementario o CMOS, que estn formados por parejas de transistores de canal p y n controladas por un solo circuito. Adems, se estn fabricando dispositivos extremadamente pequeos utilizando la tcnica epitaxial de haz molecular.4.2 Tendencias del desarrollo de la tecnologa ycienciade los materiales

Hasta los aos 60 "materiales de ingeniera" era sinnimo de "metales"; pero desde esa poca hasta nuestros das todo ha cambiado. Lavelocidadde desarrollo de las nuevas aleaciones metlicas es ms bien baja, lademandadeaceroy de hierro fundido ha cado. Las industrias de polmeros y materiales compuestos crecen rpidamente, al igual que las proyecciones de desarrollo de las nuevas cermicas.Las tecnologas modernas asociadas a la produccin industrial contempornea, demandan un desarrollo de productos cuya realizacin est vinculada al uso de materiales con propiedades muy bien determinadas y a laseleccinde procedimientos mejor adaptados alxitoeconmico de los productos.

Las nuevas lneas generales de produccin, tienden a conformar materiales ms fiables ligeros y resistentes con unaeconomade recursos ptima. Entre stas lneas est el desarrollo de:

Aleaciones metlicas resistentes a altas temperaturas.

Metales amorfos.

Cermicas tcnicas

Polmeros especiales

Materiales compuestos

Todos estos constituyen los llamados Nuevos Materiales, los cuales conciernen a los materiales que resultan de un control ptimo de su microestructura o de la combinacin de diversos materiales. Estos nuevos materiales exigen un intenso desarrollo de los mtodos deanlisistanto macroscpicos como microscpicos de las propiedades mecnicas, fsicas, qumicas y tecnolgicas; as como de los procedimientos para alterar o modificar dichas propiedades.

CONCLUSIN

El equipo llego a la conclusin que la conductividad elctrica esta determinada por diferentes factores que presentan los materiales, estos factores son varios, tales como la composicin qumica, estructura elctrica, etc. No debemos descartar que dependiendo de lo que nosotros queramos, podemos mejorar o deteriorar su conductividad, por medio de diferentes procesos, tales como el dopado, que es agregar una sustancia ajena, a una sustancia pura, por lo general esta sustancia es el Silicio.BIBLIOGRAFIA

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ANEXOSAnexo 1

Anexo 2

Anexo 3

Anexo 4

Anexo 5

Anexo 6