propiedades electricas de los materiales

Tema 7. Propiedades eléctricas de los
materiales
1.

Generalidades
•
•

2.

Conductividad eléctrica
•
•
•

3.

Metales
Aislantes (cerámicos) y polímeros
Semiconductores

Aislantes y propiedades dieléctricas
•
•
•

05/01/2005

Portadores eléctricos y enlace atómico
Teoría de bandas

Aislamiento eléctrico
Polarización y constante dieléctrica
Piezoelectricidad yferroelectricidad

Índice

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Importancia de las propiedades eléctricas
• En materiales conductores, p.ej. metales (hilo de cobre), se precisa
una alta conductividad eléctrica para transportar corriente eléctrica y
energía sin pérdidas
• En materiales aislantes, p.ej. cerámicos o polímeros, se precisa una
conductividad eléctrica muy baja (dielectricidad) para impedir la
ruptura dieléctricadel material y los arcos eléctricos entre
conductores
• En materiales semiconductores:
– P.ej.: dispositivos fotoeléctricos. Se necesita optimizar sus propiedades
eléctricas para que con ellos se puedan fabricar fuentes prácticas y
eficientes de energías alternativas
– P. ej. Transistores, circuitos lógicos, etc…El estudio y posterior mejora
de sus propiedades eléctricas permite lafabricación de “chips” y
ordenadores más rápidos y pequeños.

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Generalidades

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Los portadores eléctricos y el enlace atómico (I)
• 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
• Tipos de enlaces según losmateriales:
– Metálico: los electrones están compartidos por todos los núcleos
atómicos del material (nube electrónico). Facilidad de movimiento.
– Covalente: los electrones están compartidos por un par de átomos. Alto
grado de localización electrónica y gran dificultad de movimiento por el
material.
– Iónico: iones positivos y negativos forman el material mediante fuertes
interaccioneselectrostáticas, por tanto, los electrones tienen una gran
dificultad de movimiento por el material.

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Generalidades

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Los portadores eléctricos y el enlace atómico (II)
Movimiento de la
carga eléctrica
(según el tipo de
enlace atómico)

Movimiento de la carga eléctrica en el interior de un
material (modelo microscópico)
a) En ausencia de un campo eléctrico externo:movimiento
aleatorio (colisiones con el entorno) sin dirección espacial
r
preferente < v > = 0
b) En presencia de un campo eléctrico externo, E: la carga
eléctrica se desplaza por el material por medio de colisiones
con el entorno y en una dirección resultante paralela a E

r
< v > ≠ 0 I ≠ 0 corriente eléctrica

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Generalidades

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Modelo microscópico de la conduccióneléctrica (I)
1.

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 cargaseléctricas
…..

–

–
–

2.
3.

Las colisiones se resisten al movimiento libre de la carga eléctrica
y limitan su velocidad hasta cierto valor máximo, vm
El tipo y número de colisiones depende, por tanto, de la
estructura cristalina del material y de la temperatura. Propiedad
intrínseca del material, resistividad eléctrica, ρ.

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Generalidades

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Modelo microscópico dela conducción eléctrica
(II)
1.

2.

3.

Para un material de longitud l, sección A y resistividad
eléctrica ρ, la resistencia eléctrica total que ofrece al
movimiento de la corriente eléctrica es R
En cada colisión las cargas eléctricas pierden cierta
energía cinética que debemos reponer si queremos
mantener una corriente eléctrica constante, I. La energía
necesaria para cada...