Electrotecnia

ELECTROTECNIA

Prof.: Vladimir Alejandro Riffo Bouffanais Ing. Civil industrial en Electrónica

1. Sistemas Eléctricos
1.0 Conceptos Previos 1.0.1. Estructura del Átomo La estructura de un átomo se asemeja a un sistema planetario.

El átomo esta formado por:
El núcleo que tiene la mayor parte de la masa. Los electrones que giran alrededor con extraordinaria velocidad.
electronesnúcleo

Los electrones se mantienen en sus orbitas debido a la fuerza de atracción que existe entre éstos y el núcleo. Esta fuerza recibe el nombre de Fuerza Eléctrica. Esta fuerza es muy grande y puede ser atractiva o repulsiva.

Fuerzas entre cargas
Cargas iguales
+ _ + + _ _

Cargas distintas

Fuerzas repulsivas

Fuerzas atractivas

A los cuerpos o partículas cargadas eléctricamentese les denomina cargas eléctricas. Cuando hay varias cargas eléctricas aparecen entre ellas fuerzas eléctricas.

Tipos de cargas en un átomo
El electrón tiene una carga eléctrica negativa (-). El núcleo está cargado positivamente (+), como son cargas opuestas existe una fuerza de atracción que mantiene a los electrones en sus orbitas.

El núcleo de un átomo esta constituido por: El protón:es una partícula cargada positivamente. El neutrón: es una partícula que no esta cargada eléctricamente, tiene una masa algo mayor que la del protón, y su función en el núcleo es contrarrestar las reciprocas repulsiones eléctricas entre los protones.

Relación entre electrones y protones:
El número de electrones que puede tener un átomo va desde uno hasta mas de de un centenar, y será siempreigual al numero de protones del núcleo, para que el átomo sea eléctricamente neutro. En los átomos, los electrones se encuentran en capas. El número máximo de electrones por capa está predeterminado; en la primera, son 2; en la segunda, son 8; ... Al último electrón se le deben las propiedades especificas de cada átomo.

Ejemplos de átomos

H

He

Li

1.0.2. Comportamiento de loselectrones exteriores del átomo Los electrones de la última capa son atraídos por el núcleo con menor fuerza que los de las capas inferiores, ya que la distancia es mayor, y además existe un efecto de repulsión de los electrones de las capas inferiores. Los electrones de la ultima capa se pueden perder fácilmente, quedando el átomo con carga positiva. La última capa de un átomo también puede admitirmayor número de electrones, quedando el átomo cargado negativamente.

De forma general: Cuando un átomo no es neutro por defecto o exceso de electrones se convierte en una carga eléctrica que se llama ion. Cationes: iones positivos. Aniones: iones negativos.

Electrones de valencia:
Los electrones de la orbita más externa se conocen como electrones de valencia, a ellos se debe la capacidaddel átomo de recombinarse y formar moléculas. En estas moléculas se comparten uno o mas electrones de la ultima capa de cada átomo, estos electrones compartidos constituyen el enlace de dicha molécula, que se llama enlace covalente.

Niveles Energéticos
Mientras más distante se encuentre el electrón del núcleo, mayor es el estado de energía, y cualquier electrón que haya dejado a su átomo,tiene un estado de energía mayor que cualquier electrón en la estructura atómica.
Energía
Banda de conducción Banda prohibida Banda de valencia

1 eV = 1,6 x 10-19 J Eg = 1,1 eV (Si) Eg = 0,67 eV (Ge) Eg = 1,41 eV (GaAs) Energía
Banda de conducción

Electrones libres para establecer la conducción

Energía
Banda de conducción

Energía
Banda de conducción Las bandas se traslapan

Eg > 5eV Banda prohibida Banda de valencia Electrones de valencia unidos a la estructura atómica

Eg Banda prohibida Banda de valencia

Banda de valencia

Aislante

Semiconductor

Conductor

Conductores
En los átomos de los conductores no son necesarios todos los electrones para formar el enlace (red) , quedando algunos electrones poco sujetos a los núcleos atómicos, con lo que pueden...