Video acerca de los temas...

Integrantes del Equipo...

1.- Isaias Cervantes Reyna

2.- Javier Emmanuel Martínez Martínez

3.- Jesus Ricardo Charles Villarreal

4.- Victor Vargas Martínez

5.- Luis Angel García Martínez

6.- Jaciel Issaí López Arenas

Resumen...

Los aislantes son muy necesarios en la vida cotidiana para evitar que las personas tengan contacto con los impulsos eléctricos. La mayoría de los no metales se usan para ésto, pues tienen una resistencia muy grande debido a la ausencia de electrones libres.

Los aislantes cuentan con más de 4 electrones de valencia en su última banda. Algunos ejemplos de materiales aislantes que tienen gran resistencia a la corriente eléctrica, son compuestos no metálicos como:

-Caucho

-Cerámica

-Plástico

-Madera

La corriente eléctrica o conductividad eléctrica es la capacidad de un elemento, medio o espacio físico para conducir electricidad.

Los conductores tienen menos de 4 electrones en su última capa de valencia, aquí se muestran algunos ejemplos de conductores que transmiten electricidad de una manera más eficientemente, los cuales usamos en la vida cotidiana:

-Cobre

-Plata

-Aluminio

-Oro

-Hierro

-Cromo

Un semiconductor es un componente que nó es directamente un conductor, pero tampoco es un aislante. El Silicio es el semiconductor más usado, el segundo es el Germanio. Las personas involucradas en la invención del 

semiconductor son: 

En 1940 Russell Ohl, investigador de los laboratorios Bell. Después en 1947 William Shockley, Walter Brattain y John Barden. El transistor fue inventado en el año 1954 por Michael Faraday.

Existen varios tipos de semiconductores, éstos son:

-Semiconductores intrínsecos

-Semiconductores extrínsecos

-Semiconductor tipo N

-Semiconductor tipo P

Por último, los semiconductores tienen valencia de 4, es decir, 4 electrones en órbita exterior ó de valencia.

Aislantes

Los materiales aislantes tienen la función de evitar el contacto entre las diferentes partes conductoras  y proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas que éstos producen.

Casi todos los no metales son apropiados para esto pues tienen una resistencia muy grande. Esto se debe a la ausencia de electrones libres.

Los materiales aislantes deben tener una resistencia muy elevada, para ello se han normalizado algunos conceptos y se han fijado los procedimientos de el comportamiento de los aislantes eléctricos.

ELECTRONES DE VALENCIA

El comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que se establece entre las bandas de valencia y conducción que dificulta la existencia de electrones libres capaces de conducir la electricidad a través del material.

Las bandas de valencia y conducción de un aislante están muy bien separadas lo cual casi impide que los electrones se muevan con libertad y facilidad, éstos cuentan con más de 4 electrones de valencia en su última banda.

En los circuitos eléctricos normales suelen usarse plásticos como revestimiento aislante para los cables. Los cables muy finos, como los empleados en las bobinas (por ejemplo, en un transformador), pueden aislarse con una capa delgada de barniz.

El aislamiento interno de los equipos eléctricos puede efectuarse mediante fibras de vidrio con algún plástico. En los equipos electrónicos y transformadores se emplea en ocasiones un papel especial para aplicaciones eléctricas. Las líneas de alta tensión se aíslan con vidrio, porcelana u otro material cerámico.

Algunos de los materiales aislantes que ofrecen gran resistencia a la corriente eléctrica hasta el punto de impedir su paso a través de ellos, son muchos compuestos no-metálicos como:

-Caucho.

-Cerámica.

-Parafina.

-Nailon.

-Plástico.

-Porcelana.

-Vidrio.

-Madera.

-Mica.

Conductores

La conductividad eléctrica es el movimiento de las partículas cargadas eléctricamente, desde un medio de transmisión a otro. Para explicarlo más simplemente: es la capacidad presente en un elemento, medio o espacio físico para conducir la electricidad, es decir para transferir la energía eléctrica.

Aplicaciones de los conductores:

• Conducir la electricidad de un punto a otro (pasar electrones  a través del conductor; los electrones fluyen debido a la diferencia de potencial).

• Crear campos electromagnéticos  al constituir bobinas y electroimanes.

• Modificar la tensión al constituir transformadores

Conductores en sus electrones de valencia:

Los conductores poseen menos de 4 electrones en su última capa de valencia.

A continuación se muestran unos conductores que transmiten electricidad más eficientemente utilizados en la vida cotidiana:

-Cobre

-Plata

-Aluminio

-Oro

-Níquel

-Cromo

-Hierro

-Magnesio

-Mercurio

-Titanio

Tomando en cuenta sus formas, los conductores eléctricos pueden clasificarse de la siguiente manera:

• Circular compacto: éste tipo de conductor se caracteriza por contar con numerosos compartimentos, lo que permite dos cosas. Por un lado, que sea más liviano que otros y, por otro, que se pueda aprovechar de forma más eficiente el espacio.

• Anular: en éste caso, los alambres conductores son entrelazados y ubicados en capas en torno al núcleo del cable, que por lo general está compuesto de algún elemento metálico como puede ser el helio.

• Sectorial: en éste, los hilos se ubican en una porción del cable, que generalmente equivalen a un 33% de su totalidad. Por este motivo, suelen ser muy útiles para las conexiones trifásicas.

• Segmenta: como su nombre indica, cuentan con algunos segmentos, compuestos a partir de algún material aislante. Suelen ser más económicos.

Semiconductores

Un semiconductor es un componente que no es directamente un conductor de corriente, pero tampoco es un aislante. En un conductor la corriente es debida al movimiento de las cargas negativas (electrones). En los semiconductores se producen corrientes producidas por el movimiento de electrones como de las cargas positivas (huecos). El elemento semiconductor más usado es el silicio, el segundo el germanio. Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azúfre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s²p².

En 1940 Russell Ohl, investigador de los Laboratorios Bell, descubrió que si a ciertos cristales se le añadía una pequeña cantidad de impurezas su conductividad eléctrica variaba cuando el material se exponía a una fuente de luz. Ese descubrimiento condujo al desarrollo de las celdas fotoeléctricas o solares.

Posteriormente, en 1947 William Shockley, investigador también de los Laboratorios Bell, Walter Brattain y John Barden, desarrollaron el primer dispositivo semiconductor de germanio (Ge), al que denominaron “transistor” y que se convertiría en la base del desarrollo de la electrónica moderna.

El transistor de silicio fue inventado en el año 1954 por Michael Faraday. En esta introducción se sustituye los tubos de vacío de edad, previamente utilizado en las computadoras. Microprocesador es un tipo de semiconductor y es ampliamente utilizado para realizar varias funciones. Comúnmente disponibles semiconductores son el zinc, el germanio y silicio. Sin embargo, el silicio es hasta la fecha el semiconductor más ampliamente implementado debido a su fácil disponibilidad. El uso de silicio puede ser visto en computadoras, automóviles y redes.

Generalmente a éstos se le introducen átomos de otros elementos, denominados impurezas, de forma que la corriente se deba primordialmente a los electrones o a los huecos, dependiendo de la impureza introducida.

Otra característica que los diferencia se refiere a su resistividad, estando ésta comprendida entre la de los metales y la de los aislantes.

Semiconductores intrínsecos

Es un cristal de Silicio o Germanio que forma una estructura tetraédrica similar a la del Carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos.

Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energía necesaria para saltar a la banda de conducción dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia. Las energías requeridas, a temperatura ambiente, son de 1,12 eV y 0,67 eV para el silicio y el germanio respectivamente.

Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo que los electrones pueden caer, desde el estado energético correspondiente a la banda de conducción, a un hueco en la banda de valencia liberando energía. A este fenómeno se le denomina recombinación.

Semiconductores extrínsecos 

Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado. Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente átomo de silicio. Hoy en día se han logrado añadir impurezas de una parte por cada 10 millones, logrando con ello una modificación del material.

Semiconductor tipo N

Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en éste caso, negativos o electrones).

Cuando se añade el material dopante, aporta sus electrones más débilmente vinculados a los átomos del semiconductor. Este tipo de agente dopante es también conocido como material donante, ya que otorga algunos de sus electrones.

El propósito del dopaje tipo N es el de producir abundancia de electrones portadores en el material.

Semiconductor tipo P

Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso positivos o huecos).

Cuando se añade el material dopante libera los electrones más débilmente vinculados de los átomos del semiconductor, éste agente dopante es también conocido como material aceptor y los átomos del semiconductor que han perdido un electrón son conocidos como huecos.

El propósito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos.

La fuerza que mantiene unidos a los átomos entre sí es el resultado del hecho de que los electrones de conducción de cada uno de ellos, son compartidos por los cuatro átomos vecinos.

Los semiconductores tienen valencia 4, esto es 4 electrones en órbita exterior ó de valencia.

Estos cuatro electrones se encuentran formando uniones covalentes con otros átomos vecinos para así formar un cristal. Si ésta estructura se encuentra a una temperatura muy baja o en el cero absoluto, el cristal tendrá tan poca energía que no hará posible la conducción eléctrica. Al aumentar la temperatura (a temperatura ambiente por ejemplo) ciertos electrones adquieren suficiente energía para romper el enlace del que forman parte y "saltar" al siguiente orbital. Esto provoca la formación de un espacio vacío, que por carencia de electrones, posee carga positiva, a éste espacio se le denomina hueco. El aumento de temperatura rompe algunas uniones entre átomos liberándose un cierto número de electrones.

La magnitud de la banda prohibida es pequeña, de forma que a bajas temperaturas son aislantes, pero conforme aumenta la temperatura algunos electrones van alcanzando niveles de energía dentro de la banda de conducción, aumentando la conductividad. Otra forma de aumentar la conductividad es añadiendo impurezas que habiliten niveles de energía dentro de la banda prohibida.