11 Propiedades El U00e9ctricas De Los Materiales

Tema 11

"Fundamentos y Tecnología de Materiales"

TEMA 11.
11.1.

PROPIEDADES ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS DE LOS MATERIALES.

CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA EN METALES

 Modelo clásico:
o Los electrones de valencia son libres para moverse entre los iones positivos.
o A tpa. ambiente los iones positivos tienen energía cinética y vibracional en torno a
posiciones de equilibrio.
o A mayor tpa. vibran enamplitudes crecientes.
o En ausencia de potencial eléctrico el movimiento de los e- de valencia es aleatorio y
restringido -> no existe flujo neto en ninguna dirección.
o Al aplicar potencial eléctrico los electrones alcanzan velocidad proporcional al campo
eléctrico en dirección opuesta al campo.
 Ley de Ohm.
o i=V/R
 Resistencia eléctrica:
o Es directamente proporcional a
su longitud einversamente a su
sección transversal.

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 Resistividad eléctrica:
o Constante que liga la resistencia, longitud y sección del conductor:

 Conductividad eléctrica
o Es la inversa de la resistividad
o Mide en términos de paso de corriente:

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 Ley de Ohm. Visión microscópica.
o Cuando lacorriente eléctrica en un material es proporcional al voltaje a través de él, se dice
que es un material óhmico, o que obedece la ley de Ohm.
o Una vista microscópica, sugiere que esta proporcionalidad viene del hecho de que el campo
eléctrico aplicado (por el voltaje), se le superpone una pequeña velocidad de desplazamiento
a los electrones libres del metal.

 Resistividad eléctrica de un metalpuro:
o Es suma de dos términos: ρtotal=ρT+ρr
o Componente térmico:
 Consecuencia de las vibraciones de los iones +.
 Según aumenta tpa. vibran más.
 Fonones: ondas eléctricas excitadas térmicamente.
 Los fonones dispersan los e- y reducen sus trayectorias.
 A medida que aumenta la tpa. aumenta la resistividad de los metales puros.
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oComponente residual:
 Es pequeña en los metales puros
 Es debida a defectos estructurales (dislocaciones, límites de grano e impurezas).
 Estos defectos dispersan electrones.

o Efecto de la temperatura sobre la resistividad
eléctrica, se observa una relación casi lineal:

o Variación esquemática de la resistividad de una metal con
la temperatura absoluta:

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 Resistividad térmica, ecuación:

 Adición de elementos químicos a metales
puros:
o Produce dispersión de e- incrementando
resistividad eléctrica
o Este efecto varía bastante según el
elemento puro al que se le ponen
impurezas
 Adición de aleantes, también aumenta la
resistividad, p.e. Zn en Cu para hacer latón:

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11.2.

SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS.
 Materiales con conductividades eléctricas comprendidas entre conductores y aislantes.
 Semiconductores intrínsecos son semiconductores puros cuya conductividad eléctrica viene
determinada por propiedades conductores inherentes.
 Estos elementos. poseen la estructura cúbica del diamante con
enlaces covalentes fuertemente direccionales.

 La conductividadeléctrica en semiconductores puros como silicio o
germanio puede describirse a partir de la representación
bidimensional de la red cristalina cúbica del diamante.
 Los e- son incapaces de moverse a través de la red cristalina a
menos que se comunique suficiente energía para excitarlos de sus posiciones de enlace.
 Cuándo se da energía crítica, pasa a ser un e- de conducción y deja libre unhueco cargado
positivamente.
 e- y huecos son portadores de carga
y se mueven en campo eléctrico
cargado.

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 Movimiento de huecos:

o Si existe hueco en átomo A, al aplicar campo eléctrico en la dirección de la figura, un ede B puede ser movido hacia la vacante de A.
o El hueco estará ahora en B, se habrá desplazado de A a B.
o De la...