2. Teoría de bandas
• Esta teoría explica el comportamiento de los materiales al
paso de la corriente desde una perspectiva más científica.
– Se define Banda de Valencia (BV) al conjunto de energía
que poseen los electrones de valencia.
– Se define Banda de Conducción (BC) al conjunto de
energía que poseen los electrones para desligarse de sus
átomos. Los electrones que estén en esta banda pueden
circular por el material si existe una tensión eléctrica que
los empuje entre dos puntos.
En base a estos dos conceptos se tienen tres casos:
Conductores, aislantes y semiconductores.
3.
4. Son CONDUCTORES materiales
todos aquellos o
elementos que permiten que los atraviese
el flujo de la corriente o de cargas
eléctricas en movimiento. Al aplicar un
campo eléctrico o aumentar la
temperatura del conductor los
electrones adquieren la suficiente
energía para pasar a la banda de
conducción.
5. Teoría de bandas
• Conductor: En este caso
la Energía de la banda
de valencia es mayor
que la de los electrones
de la banda de
conducción. Así pues,
las bandas se
superponen y muchos
electrones de valencia
se sitúan sobre la de
conducción con suma
facilidad y, por lo tanto
con opción de circular
por el medio.
6. Existen varios tipos de conductores, entre los
que destacan los metales principalmente en
estado solido (a temperatura normal).
Líquidos.- mercurio, mezclas de agua con sales y
conductores electrolíticos.
Gaseosos.-Nitrógeno, cloro, Neón (ionizados).
7. • Los mejores conductores de la corriente
eléctrica son los metales porque ceden más
fácil que otros materiales los electrones que
giran en la última órbita de sus átomos (la más
alejada del núcleo). Sin embargo, no todos los
metales son buenos conductores, pues existen
otros que, por el contrario, ofrecen gran
resistencia al paso de la corriente y por ello se
emplean como resistencia eléctrica para
producir calor. Un ejemplo de un metal que se
comporta de esa forma es el alambre nicromo
(NiCr).
8. ¿Qué son los metales?
• Grupo de elementos químicos que presentan
todas o gran parte de las siguientes
propiedades físicas: estado sólido a
temperatura normal, excepto el mercurio que
es líquido; opacidad, excepto en capas muy
finas; buenos conductores eléctricos y
térmicos; brillantes, una vez pulidos, y
estructura cristalina en estado sólido.
9. Metales y no metales se encuentran separados
en el sistema periódico por una línea diagonal
de elementos. Los elementos a la izquierda de
esta diagonal son los metales, y los elementos
a la derecha son los no metales. Los
elementos que integran esta diagonal —boro,
silicio, germanio, arsénico, antimonio, teluro,
polonio y ástato— tienen propiedades tanto
metálicas como no metálicas.
10.
11. AISLANTES
estos materiales no conducen la corriente eléctrica, sus
átomos ni ceden, ni captan electrones, o bien, los
electrones no se desprenden fácilmente Entre esos
materiales se encuentran el plástico, la mica, el vidrio,
la goma, la cerámica, etc. Todos esos materiales y otros
similares con iguales propiedades, oponen total o muy
alta resistencia al paso de la corriente eléctrica hasta
2,5 × 1024 veces mayor que la de los buenos
conductores eléctricos como la plata o el cobre.
El aislante perfecto para las aplicaciones eléctricas sería
un material absolutamente no conductor, pero ese
material no existe.
12. Teoría de bandas
• Aislante: En este caso la
energía de la banda de
conducción es mucho mayor
que la energía de la banda
de valencia. En este caso,
existe una brecha entre la
banda de valencia y la de
conducción de modo que,
los electrones de valencia
no pueden acceder a la
banda de conducción que
estará vacía. Es por ello que
el aislante no conduce. Sólo
a temperaturas muy altas,
estos materiales son
conductores.
13. Aislantes sólidos
• En los sistemas de aislación de transformadores
destacan las cintas sintéticas PET (tereftalato de
polietileno), PEN (naftalato de polietileno) y PPS
(sulfido de polifenileno) que se utilizan para
envolver los conductores magnéticos de los
bobinados. Tienen excelentes propiedades
dieléctricas y buena adherencia sobre los
alambres magnéticos.
• Un buen aislante entre vueltas de las bobinas de
transformadores es el cartón prensado o
pressboard, el cual da forma a estructuras de
aislación rígidas.
14. 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.
Aislador empleado para
soportar los cables de
aluminio que, colgados de las
torres de alta tensión,
transmiten la energía
eléctrica hasta los lugares
que la requieren.
15. Aislantes líquidos.- El líquido dieléctrico más
empleado es el aceite mineral. El problema es
que es altamente inflamable. El líquido
aislante sintético más utilizado desde
principios de la década de 1930 hasta fines de
los 70‘s fue el Askarel o PCB(policloruro de
bifenilo), que dejo de usarse por ser muy
contaminante.
Entre los nuevos líquidos sintéticos destacan las
siliconas y los poly−alfa−olefines. Tienen un
alto costo, eso dificulta su masificación
16.
17. • Aislantes gaseosos:
• Los gases aislantes más utilizados en los
transformadores son el aire y el nitrógeno. Estos
transformadores son generalmente de construcción
sellada. El aire y otros gases tienen elevadísima
resistividad y están prácticamente exentos de pérdidas
dieléctricas.
• El SF6 (hexafluoruro de azufre) es otro gas aislante que
se caracteriza por ser incoloro, inodoro, no toxico,
química y fisiológicamente inerte, no corrosivo no
inflamable y no contaminante. Por sus características
dieléctricas es ideal como medio aislante, tiene una
rigidez dieléctrica muy elevada, tanto a la frecuencia
industrial como a impulso, gracias a su peculiar
característica de gas.
18.
19. • La elección del material aislante suele venir
determinada por la aplicación. El polietileno y
poliestireno se emplean en instalaciones de
alta frecuencia, y el mylar se emplea en
condensadores eléctricos. También hay que
seleccionar los aislantes según la temperatura
máxima que deban resistir. El teflón se emplea
para temperaturas altas, entre 175 y 230 ºC.
Las condiciones mecánicas o químicas
adversas pueden exigir otros materiales.
20. El nylon tiene una excelente resistencia a la
abrasión, y el neopreno, la goma de silicona,
los poliésteres de epoxy y los poliuretanos
pueden proteger contra los productos
químicos y la humedad.
21. semiconductores
Es un componente que no es directamente un conductor
de corriente, pero tampoco es un aislante. Depende
del campo eléctrico donde se encuentre. Es un
material sólido o líquido capaz de conducir la
electricidad mejor que un aislante, pero peor que un
metal. En los semiconductores se producen tanto
corrientes producidas por el movimiento de
electrones, como de las cargas positivas (huecos).
Los semiconductores son aquellos elementos
perteneciente al grupo IV de la Tabla Periódica (Silicio,
Germanio, etc. Generalmente a estos 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 (dopaje).
22. Semiconductores: En este caso, la Teoría de bandas
banda de conducción sigue
siendo mayor que la banda de
valencia, pero la brecha entre
ambas es mucho más pequeña,
de modo que, con un
incremento pequeño de
energía, lo electrones de
valencia saltan a la banda de
conducción y puede circula por
el medio. Cuando un electrón
salta desde la banda de valencia
a la de conducción deja un
hueco en la banda de valencia
que, aunque parezca extraño,
también se considera portador
de corriente eléctrica.
23. Materiales semiconductores
• Los materiales semiconductores más conocidos son:
Silicio (Si) y Germanio (Ge), los cuales poseen cuatro
electrones de valencia en su último nivel.
24. A temperaturas muy bajas, los semiconductores
puros se comportan como aislantes.
Sometidos a altas temperaturas, mezclados
con impurezas o en presencia de luz, la
conductividad de los semiconductores puede
aumentar de forma espectacular y llegar a
alcanzar niveles cercanos a los de los metales.
Las propiedades de los semiconductores se
estudian en la física del estado sólido.
25. Entre los semiconductores comunes se
encuentran elementos químicos y
compuestos, como el silicio, el germanio, el
selenio, el arseniuro de galio, el seleniuro de
cinc y el telururo de plomo. El incremento de
la conductividad provocado por los cambios
de temperatura, la luz o las impurezas se debe
al aumento del número de electrones
conductores que transportan la corriente
eléctrica.
26. En un semiconductor característico o puro como el
silicio, los electrones de valencia (o electrones
exteriores) de un átomo están emparejados y son
compartidos por otros átomos para formar un
enlace covalente que mantiene al cristal unido.
Estos electrones de valencia no están libres para
transportar corriente eléctrica. Para producir
electrones de conducción, se utiliza la luz o la
temperatura, que excita los electrones de
valencia y provoca su liberación de los enlaces, de
manera que pueden transmitir la corriente.
27. Las deficiencias o huecos
que quedan contribuyen
al flujo de la electricidad
(se dice que estos huecos
transportan carga
positiva). Éste es el origen
físico del incremento de
la conductividad eléctrica
de los semiconductores a
causa de la temperatura.
28.
29. Intrínsecos (puros):
– Germanio (Ge): Es el primer elemento en utilizar
en la industria, muy sensible a los cambios de
temperatura (existen circuitos que trabajan a muy
alta frecuencia)
– Silicio (Si): Es el segundo empleado en la industria,
barato, menos sensible a la temperatura pero no
tan rápido, es decir, aguanta más rango de
temperatura.
– Arseniuro de Galio (AsGa): Este compuesto es más
moderno, es costoso, resiste mayor margen de
temperatura de trabajo y sumamente rápido.
30.
31. Preguntas.
• ¿Cuál es la diferencia existente entre conductor,
semiconductor y aislante?
a grandes rasgos, los conductores son todos
aquellos que poseen menos de 4 electrones en la
capa de valencia por lo que su nivel de
conductividad es alto, el semiconductor es aquel
que posee 4 electrones en la capa de valencia y el
aislante es el que posee mas de 4 electrones en la
capa de valencia por lo que su resistencia es
grande.
32. • ¿Con base a la teoría de las bandas que es un
semiconductor?
• Es cuando en un material, la banda de
conducción sigue siendo mayor que la banda
de valencia, pero la brecha entre ambas es
mucho más pequeña, de modo que, con un
incremento pequeño de energía, lo electrones
de valencia saltan a la banda de conducción y
puede circula por el medio.
33. -Mencione al menos dos propiedades que hacen
a los semiconductores material de elección
para la fabricación de dispositivos
electrónicos.
• Estructura de bandas
• Conductividad controlable
• Aislamiento de regiones
• Estructuras de pequeñas dimensiones para
alta velocidad y densidad
