PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

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• Propiedades Eléctricas

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

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Ing. Germán Sanabria

Taller de química e ingeniería de materiales

PROPIEDADES ELÉCTRICAS

Temas a tratar:

• ¿Como son caracterizadas la conducción y la resistencia eléctrica?

• ¿Que fenómeno físico permite distinguir entre conductores, semiconductores y aislantes?

• Para los metales: ¿Como es afectada la conductividad por la temperatura, imperfecciones y deformaciones?

• Para semiconductores: ¿Como es afectada la conductividad

por las impurezas (dopaje) y la temperatura?

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MATERIALES CONDUCTORES

Temas a tratar:

• Estudio de las propiedades eléctricas de los materiales conductores:

metales, aleaciones, y semiconductores.

• los modelos teóricos que justifican la conducción eléctrica

• Las variables de influencia sobre el comportamiento conductor en

metales y semiconductores.

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PRIPEDADES DE ELÉCTRICAS: MATERIALES CONDUCTORES

Principales aplicaciones: Líneas de tendido eléctrico, instrumentos

electrónicos de medición, equipos de telecomunicación, laptops,

generadores, motores eléctricos, electrodomésticos, etc.

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Modelo de las bandas energéticas

En las bandas de valencia, los electrones están tan próximos entre sí que forman

una banda contínua de energía. i.e, arreglo de 12 átomos.

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Modelo de las bandas energéticas

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Modelo de las bandas energéticas: Bandas de valencia y de conducción

• El número de electrones disponibles para la conducción eléctrica en un material, está relacionado con el arreglo de los estados electrónicos respecto de la energía, y de la manera en la cual esos estados están ocupados por electrones

Modelo de las bandas energéticas

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Conducción eléctrica

George Ohm

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Resistividad y Conductividad

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Resistividad y Conductividad

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CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA EN METALES:

a) Celda unidad del cobre, b) esquema del enlace metálico según el modelo clásico.

…….Justificación de la resistividad (2 hipótesis):

1. Existencia de fuerzas de rozamiento que se oponen al

movimiento de los electrones, limitadoras de su velocidad en el interior de la red cristalina.

2. Las fuerzas de rozamiento son de carácter intrínseco al tipo de

metal (Ohm).

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Conductividad eléctrica de metales y no metales.

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Rangos de conductividad eléctrica

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Rangos de conductividad eléctrica

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Factores de influencia en la conductividad de los materiales 1. Efecto de la temperatura en la conductividad:

Resistividad frente a temperatura para el cobre.

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Factores de influencia en la conductividad de los materiales 1. Efecto de la temperatura en la conductividad:

Resistividad en metales

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Factores de influencia en la conductividad de los materiales

Justificación cualitativa a partir de la hipótesis de Einstein:

Hipótesis de Einstein: microestructura cristalina del metal actuando como un oscilador armónico.

Frecuencia de vibración característica.

Amplitud máxima de la vibración.

Resistividad frente a

temperatura para el cobre.

• “La concepción clásica atribuye la resistividad a la pérdida de energía que sufren los electrones del metal, acelerados en el interior por efecto del campo eléctrico aplicado, al chocar con los átomos de la red cristalina”.

1. Efecto de la temperatura en la conductividad:

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Factores de influencia en la conductividad de los materiales

2. Defectos cristalinos: Justificación cualitativa a partir de la hipótesis de Einstein:

Contribuciones a la resistividad de un metal.

Choque e

Imperfecciones cristalinas

Dislocaciones, bordes de grano, átomos en intersticios, fuera de los nudos de la red….

Densidad de

imperfecciones

(dislocaciones)

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Factores de influencia en la conductividad de los materiales 3. Elementos de aleación. i.e, Cu

Dep. de la Naturaleza del aleante y concentración de las impurezas.

El elemento aleante

perturba la regularidad de la red cristalina e incrementa la densidad de defectos

Efecto de las impurezas en la resistividad del Cu.

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Factores de influencia en la conductividad de los materiales 3. Elementos de aleación:

Evolución de la resistividad en las aleaciones Cu-Ni.

Evolución de las características mecánicas y eléctricas en una

aleación Cu-Zn.

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Factores de influencia en la conductividad de los materiales 4. Deformación plástica:

Efecto de la deformación plástica sobre la conductividad en Cu y aleaciones Cu-Zn.

• Incrementa en los metales puros, y sus aleaciones, su resistividad. Dicha

disminución de la

conductividad < la debida

al efecto del aleante.

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Aplicaciones

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Resistividad y Conductividad

Ejercicios tomados de: Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales – William F. Smith

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