PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS MATERIALES.

Transcripción

1 PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS MATERIALES. 1- TIPOS DE MATERIALES. La materia común suee ser neutra. Cuando no hay un campo eéctrico externo, os átomos individuaes y también todo e materia son neutros. A apicar un campo eéctrico pueden desprenderse uno o más eectrones de os átomos de un materia. A este proceso se e ama ionización y se da e nombre de iones a os átomos resutantes de carga positiva con un déficit de eectrones. Si os eectrones se mueven ibremente cuando se e apica un campo eéctrico a un materia. Estamos en presencia de un conductor; os conductores (metaes en su mayoría) son materiaes por donde a carga fuye fácimente. En muchos metaes cada átomo cede uno o varios de sus eectrones externos o de vaencia a materia entero. En condiciones estáticas e campo dentro de un conductor es cero, aún cuando eve carga neta. En caso contrario os eectrones aceerarían. Mientras que en un aisante os eectrones están igados firmemente a os átomos y no se mueven ibremente bajo e campo eéctrico que podría apicarse en circunstancias ordinarias. Un aisante puede considerarse como un conjunto de moécuas que no se ionizan con faciidad y que puede transportar cuaquier distribución de carga en su superficie o en su interior, y e campo eéctrico en su interior puede tener vaores diferentes de cero. En os mismos, un campo eéctrico o bastante grande puede ionizar os átomos, de modo que se disponen os eectrones que puedan despazarse por e materia. En taes circunstancias un aisante se comporta a veces como un conductor. A esta situación se e conoce como ruptura y requiere campos normaes en e intervao de 10 6 V/m, en e aire; a 10 7 V/m en pásticos y cerámicas. Los mejores conductores muestran una resistencia pequeña pero absoutamente no cero, ante e fujo de eectricidad. En ciertas condiciones donde a menudo se observa enfriamiento de temperaturas muy bajas, a carga eéctrica puede fuir por agunos materiaes sin resistencia aguna. A esta propiedad se e denomina superconductividad, y superconductores a os materiaes en esas condiciones. Agunos son conductores pobres a temperatura ambiente, pero pueden ser superconductores a temperaturas bajas. Los semiconductores ocupan un ugar intermedio entre os aisantes y os conductores. 1/5

2 1- UN CONDUCTOR EN UN CAMPO ELÉCTRICO: CONDICIONES ESTÁTICAS. Si se cooca u conductor en un campo eéctrico E0 este ejerce una fuerza F = e.e0 sobre os eectrones ( e ), a cua os hace moverse en direcciones opuestas a campo. Se dirigen rápidamente hacia a superficie superior, dejando un déficit de eectrones en a superficie de fondo. Las dos superficies de conductor pueden considerarse hojas con cargas que crean un campo eéctrico E ' ; dentro de materia e campo eéctrico neto E es a suma vectoria de os dos campos eéctricos: E = E 0 + E campo eéctrico apicado E 0 ha de mover suficientes eectrones hacia a superficie para generar un E ' que tenga a misma magnitud que E 0, creando así un campo eéctrico neto de cero dentro. Fuera de a pancha as hojas con carga en as dos superficies producen E que se cancean, dejando inaterado aí e campo eéctrico neto. Si se cooca un conductor en un campo eéctrico iniciamente uniforme, os eectrones avanzan rápidamente hacia a superficie, originando distribución de carga positiva (+) y negativa ( -) que produce un E ; en e interior de conductor e campo eéctrico es cero; fuera de conductor e campo es a suma de campo origina y e que proviene de as cargas en a superficie de conductor. E' En función de as magnitudes, a suma se convierte en diferencia porque os dos siguen dirección contraria. 2/5

3 2- CONDUCTOR EN UN CAMPO ELÉCTRICO: CONDICIONES DINÁMICAS. Si no se desea acumuar carga en a parte superior, sería necesario tener un mecanismo para evar as cargas arededor de a trayectoria externa y reinyectaros en a parte inferior. Esto produciría que no se acumuara carga en a parte superior, ni inferior y entonces; as condiciones eectrostáticas anteriores no son apicabes; o que impica que e campo eéctrico en e interior no será cero. E cico continuo de eectrones que fuye es una representación de un circuito eéctrico y se e da e nombre de corriente eéctrica a fujo de eectrones (u otras partícuas con carga). Cuando una cantidad de carga dq atraviesa una pequeña superficie A en e tiempo t ; a a corriente se a define como a carga neta que pasa a través de a superficie por intervao de tiempo. dq I = dt I = q t La corriente eéctrica tiene su dirección definida como a dirección de fujo de carga positiva; a intensidad de corriente eéctrica I es un escaar y no un vector. La corriente por unidad de área es una magnitud vectoria reacionada a a I y se e denomina densidad de corriente ( j ) os eectrones se mueven en e sentido de j. La dirección de a densidad de corriente es a de fujo de cargas positivas. v d es a veocidad de deriva; es a veocidad de despazamiento de os eectrones. si átomos neutros cruzan a superficie no existirá corriente eéctrica. 3/5

4 MATERIALES ÓHMICOS. Entre as coisiones con os iones de a red, os eectrones en un materia conductor son aceerados por e campo eéctrico. Los materiaes pueden ser caracterizados por su conductividad o resistividad; es más común que se utiice está útima. Un aisante perfecto tendrá una resistividad infinita ( ). En agunos materiaes se comprueba que a resistividad no es constante, sino que depende de a intensidad de campo eéctrico. Existen materiaes en os cuaes esto no sucede, a estos se es conoce como materiaes óhmicos; cumpen con a ey de Ohm. La resistividad de un materia no depende de a magnitud ni de a dirección de campo eéctrico apicado. Los metaes conductores siguen a ey de Ohm en cierto intervao de vaores campo eéctrico apicado. La resistividad es una propiedad de os materiaes e infuye en a resistencia de un objeto en particuar. En un conductor homogéneo de ongitud y superficie uniforme A, a cua se e apica una diferencia de potencia V, se obtiene a resistencia a combinar as características:, A y. R =. A La resistencia R es característica de un objeto en particuar y depende de materia de que este hecho, o mismo que de su ongitud y superficie transversa; a resistividad caracteriza a materia en genera. A partir de a resistencia R podemos estabecer una reación entre a diferencia de potencia V y a intensidad de corriente eéctrica I. Sabemos que: 1- R =. en e interior de materia conductor se A crea un campo eéctrico uniforme: 2- E = V a resistividad es a reación entre un campo eéctrico y a densidad de corriente: 3- E =. j Reacionamos as ecuaciones y obtenemos que: La resistividad es a constante de proporcionaidad entre e campo eéctrico y a densidad de corriente eéctrica. E =. j 4/5

5 V = R = V o V = R. I I Podemos medir a corriente con varias diferencias de potencia V ; a graficar f I, si a grafica es inea, e objeto es óhmico y se sujeta a a ey de Ohm. ( ) La resistencia de un objeto no depende de a magnitud, ni de signo de a diferencia de potencia apicada. V = R. I no es una formuación de a ey de Ohm, sino una ecuación que define a resistencia y se apica a materiaes óhmicos como a no óhmicos. 5/5