propiedades eléctricas (1) (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)
Grado Ingeniería Mecánica - 1º curso
Asignatura Ciència i tecnologia dels materials
Año del apunte 2015
Páginas 6
Fecha de subida 19/03/2015
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18/03/2015 TEMA 6 propiedades eléctricas: Lev de ohm: V = R*| • • Donde: v = voltaje (voltios) R = resistencia (Q) Forma diferencial: , £=p*J .
Donde: ....
.
^ • • ••• - . •: . • I = intensidad (amperios) .
......
.
.
...
£= intensidad del campo eléctrico p= resistividad eléctrica J = densidad de corriente Resistividad eléctrica: ...
Donde: R= resistencia L = longitud del conductor A= área p= resistividad eléctrica (Q*m) x Conductividad eléctrica: íabla 19.1 Conductividadeii eléctricas a temperatura ambiente para otho metak». v alcationc* comunes.
( imiiuaixiauii %fe:u¡ Mata a>bre Ort) Aluminio ' . 'r riei inca f t),Hx nP 6.0x10' A;S X 10' ' 34ÍX10' MI luí Himo I-atón (70 Cu 3íj7.n) Acero al carbono Acero inoxidable f unüiií ¡íxidad fiéiírií a jUlrn)-'] I.Üx 10' 1.6 X 10^ (1,6 X lO' 0.2 X 10' 25 Propiedades eléctricas: Teoría de bandas: La teoría de bandas da explicación a la conducción eléctrica entre otras cosas Consideraremos ahora dos átomos próximos, cuando se aproximan dos átomos se origina un solapamiento de los orbitales atómicos y un desdoblamiento de los niveles de energía en dos estados energéticos este diferencial de energía se conoce como banda de energía La representación de la energía en función de la distancia puede verse en la siguiente figura: Las bandas de energía en un sistema sólido cristalino desempeñan el mismo papel que los niveles electrónicos del átomo aislado o incluso se representan de la misma manera mediante las letras s, p, d, f, etc. En algunos tipos de sólidos las bandas pueden solaparse y en otros, sin embargo, los correspondientes niveles de energía aparecen separados por espacios intermedios que representan valores de la energía que no pueden poseer los electrones, por ello se les denomina intervalos prohibidos (band gap).
26 Banda de valencia: aquella que contiene los electrones de valencia Banda de conducción: aquella que es inmediatamente superior a la banda de valencia Energía de fermi: nivel energético que ocupa el electrón más energético del sólido sin excitar.
Ei último nivel ocupado se llama nivel de fermi Conductores, semiconductores y aislantes: Para que un electrón contribuya en la corriente eléctrica a de poder acelerarse en presencia de un campo eléctrico. Para que esto suceda debe moverse a un nivel energético superior y desocupado y, esto implica, que la banda de energía ha de estar medio llena. Si la banda está llena no hay niveles de energía próximos a los que el electrón puede acceder, por tanto no puede sea acelerado por un campo eléctrico. Sí la banda de valencia está parcialmente llena, esta también es banda de conducción.
Conductor (1): Estructura de valencia parcialmente llena (típica en metales s^) y energía de fermi en la capa de valencia.
Empty band Band gap Empty States Energía de fernni — Filiad States Siguiendo este razonamiento el magnesio, Mg, (Is^ 2s^ 2p^ 3s^) debería ser aislante al tener la capa 3s llena. Sin embargo, un nuevo fenómeno aparece: el solapamiento de los orbitales 3s y 3p, este solapamiento hace que sea conductor y lo mismo ocurre con todos los elementos del grupo del magnesio (alcalino terreos) formando conductores de tipo dos.
27 Conductor (2): Solapamiento de bandas y energía de fermi en el solapamiento.
Empty band Filled band Aislantes: En los aislantes la banda de valencia está llena y separada de la banda de conducción por un intervalo prohibido suficientemente amplio para que los electrones no puedan ser desplazados con diferencias de potencial pequeñas.
Empty conduction band Band gap Filled val en ce band 28 Semiconductor: En los semiconductores la banda de valencia está llena y separada de la banda de conducción por un intervalo prohibido menor que en los aislantes, de modo que una cierta cantidad de electrones pueden alcanzar la banda de conducción al sufrir una activación térmica o eléctrica.
Empty conduction band Band gap Filled valen ce band Electrón libre: electrón con una energía superior al nivel de fermi, puede ser acelerado por un campo eléctrico y producir corriente eléctrica.
Hueco: falta de un electrón por debajo del nivel de fermi, puede ser acelerado por un campo eléctrico y producir corriente eléctrica.
El salto de un electrón crea un hueco que puede ser ocupado por otro electrón, de tal modo que la conductividad eléctrica es función directa del numero de huecos y de electrones libres.
Esta función clasifica los materiales en conductores aislantes y semiconductores.
Conductores: material en el cual cualquier aporte de energía comunicado puede activar un electrón por encima del nivel de fermi generando un electrón libre y un hueco.
29 Semiconductores y aislantes: solamente energías mayores que la zona prohibida puede activar un electrón.
Free electrón Electron excitation -o -o -o- 5 Hole tn valence band ••<.>• -o Movilidad electrónica: .
Centros díspersores: aquellos que contrarrestan ¡f la aceleración producida por un campo eléctrico. Pueden ser: • Vibraciones térmicas (fonones) • Defectos de la red a Impurezas b Vacantes c Intersticios d Dislocaciones - Vd = H e * E ^ a = n*pie* | q | Donde: Vd = velocidad de arrastre jig = movilidad electrónica (constante) E = campo eléctrico o = conductividad eléctrica n = número de electrones libres q = carga eléctrica 30 ...