Estructura atómica de los materiales eléctricos. Toda Toda la materia está hecha de átomos y todos los átomos están compuestos de electrones protones y neutrones: Un átomo es la partícula más pequeña contenida en cualquier elemento cada elemento conocido posee una estructura atómica única que lo hace diferente de cualquier otro. Según el modelo de Bohr los átomos tienen un tipo de estructura planetaria el núcleo central compuesto de partículas con carga positi!a llamadas "rotones y partículas sin carga llamadas #eutrones y alrededor del núcleo giran en ór$ita partículas con carga negati!a llamadas %lectrones.
&ig. ' (odelo atómico de Bohr Todos Todos los elementos conocidos en la actualidad están ordenados en la Ta$la Ta$la "eriódica de acuerdo a su número atómico dicho numero es igual al número de protones del átomo de un material que a su !e) es el mismo número de electrones. *os átomos de los elementos naturalmente son neutros al tener el mismo número de cargas positi!as y negati!as.
+&igura ' http:,,'.$p.$logspot.com,-Beq//0)1fs,TS2%321)4o5,6666666661s,ray7894 *ec,s';<<,atomo4'.=pg
>a sa$emos que los electrones se encuentran girando en ór$itas alrededor del núcleo. 6hora la pregunta es:
?cuántas ór$itas pueden ha$er alrededor del núcleo y cuántos electrones pueden circular en cada una de ellas@ Aonforme a la teoría electrónica de Bohr y la cuantificación de la energía los átomos pueden tener un máimo de siete ór$itas o capas alrededor del núcleo las cuales se denominan con las letras K, L, M, N, O, P. y Q. y cada una de ellas acepta solamente un cierto número de electrones C#eD así: la primera tendrá E electrones la segunda F la tercera 'F la cuarta GE entonces #e H EnE.
&ig.E #i!eles de energía *os electrones que se encuentran en las capas más cercanas al núcleo son atraídos con más fuer)a por los protones que los que se encuentran en las ór$itas más ale=adas. Aomo los electrones que hay en cada ór$ita poseen cierta cantidad de energía a Istas tam$iIn se les llama niveles de energía y la cantidad de energía que tiene cada ni!el depende del número de electrones que posee. Jesde el punto de !ista elIctrico de todas las ór$itas o ni!eles de energía solo nos interesa estudiar la última de cada átomo conocida como la ór$ita de !alencia. *os electrones que se encuentran en ella son quienes determinan las propiedades químicas y físicas de los elementos y son directamente los responsa$les de los fenómenos elIctricos.
Jichos electrones reci$en el nom$re de electrones de valencia estos se caracteri)an por ser los de mayor energía y estar ligados dI$ilmente al átomo por lo le=os que se encuentran del núcleo. +&igura E etraida del curso $asico de electronica A%15T.
i!os de materiales eléctricos Je acuerdo al número de electrones de !alencia que tengan los átomos de un elemento desde el punto de !ista elIctrico Istos pueden clasificarse como conductores aislantes y semiconductores. "onductores# (ateriales que sometidos a una diferencia de potencial elIctrico
C!olta=eD fácilmente proporciona un paso continuo de corriente elIctrica. *os me=ores conductores son el Ao$re la "lata el 0ro y el 6luminio estos elementos se caracteri)an por tener átomos con menos de tres electrones en la ór$ita de !alencia. %stos electrones de !alencia dI$ilmente fi=ados pueden separarse de sus átomos y con!ertirse en electrones li$res. "or lo tanto un material conductor tiene muchos electrones li$res que al mo!erse en la misma dirección conforman el flu=o de carga CAorrienteD.
&ig. G: Ktomo de Ao$re y 6luminio $islantes o %ieléctricos# %n los aislantes la capacidad para transportar energía
es prácticamente nula. %ntre los aislantes tenemos al &osforo 6)ufre y Aloro estos elementos se caracteri)an por tener átomos con cinco o más electrones de !alencia ligados fuertemente. *os materiales aislantes no conducen la corriente elIctrica de$ido a que los electrones de !alencia están fuertemente ligados a los átomos por esta ra)ón eisten muy pocos electrones li$res dentro de un aislante.
&ig. L Ktomo de 6)ufre y Aloro. &emiconductores# Auando el flu=o de carga es mucho mayor al dielIctrico y
mucho menor al de un conductor. "oseen cuatro electrones de !alencia y sus propiedades se encuentran en un punto medio entre conductores y aislantes. %=emplos de Istos son el Silicio el Mermanio y el Aar$ón.
&ig. N Ktomo de Mermanio.
+&iguras GL y N etraidas de http:,,es.9i/ipedia.org,.
"onductividad y 'esistividad eléctrica %n general podemos concluir que todas las sustancias en estado sólido o líquido poseen la propiedades de conducti!idad y resisti!idad elIctrica y que esta son originadas por la cantidad de electrones de !alencia de un material. "onductividad eléctrica CO letra griega sigmaD. %s la capacidad de un material
para transportar energía. ()*+
'esistividad eléctrica CP letra griega rhoD es la magnitud característica que mide
la capacidad de un material para oponerse al flu=o de una corriente elIctrica. Tam$iIn reci$e el nom$re de resistencia específica. *a resisti!idad se representa por P y se mide en ohmio metro: ) ' -$ + L
Jonde: 4 P es la resisti!idad medida en ohmios4metro 4 Q es el !alor de la resistencia elIctrica en 0hmios 4 * es la longitud del material medida en metros 4 6 es el área trans!ersal medida en m E NO$: #o de$e confundirse la
resistividad
del material con la resistencia del
mismo. *a resisti!idad es una propiedad característica de cada material mientras que la resistencia depende de la forma geomItrica. "odemos o$ser!ar los !alores representati!os de la Aonducti!idad y la resisti!idad para las tres categorías amplias de materiales.
Conductividad Eléctrica Metales
Resistividad ρ (Ω m) -1
(S·m )
Plata
6,30 × 107
1.47 X 10-8
Cobre
5,96 × 107
1.72 X 10-8
Oro
4,55 × 107
2.44 X 10-8
Aluminio
3,78 × 107
2.75 X 10-8
un!"teno
1,82 × 107
5.25 X 10-8
#ierro
1,53 × 107
9,71 $ 10-8
Conductividad Eléctrica Semiconductores
Resistividad ρ (Ω m) -1
(S·m )
%ermanio
2,20 × 10-2
0.60
&ili'io
2,52(10-4
2300
Conductividad Eléctrica Aislantes
Resistividad ρ (Ω m) -1
(S·m )
)i*rio
10-10 a 10-14
1010 a 1014
+i'a
10-11 a 10-15
1011 a 1015
Cuaro
1,33 × 10-18
75 × 1016
Ta$la #o. ' Ralores representati!os de la resisti!idad.
"om!onentes electronicos asicos %n este punto es $ueno recordar los componentes electronicos ya conocidos y tam$iIn enterarnos de la eistencia de algunos otros. Aoncluimos la lección con este !ideo donde se mencionan la mayoría de componentes electrónicos $ásicos. http://www.youtube.com/watch?v=fEt91M_Ry88&feature=player_embedded