Ensayo_ Propiedades Mecanicas y Fisicas de Los Materiales

8/12/2019 Ensayo_ Propiedades Mecanicas y Fisicas de Los Materiales

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INSTITUTO TECNOLGICO DE DURANGO

Ingeniera Mecatrnica

Ciencia e Ingeniera de Materiales

UNIDAD 2

Tema Propiedades mecnicas y fsicas de los materiales

Equipo 2 UNIVERSAL EXPEDITION

Alvarado Bonilla Cesar Ivn 11041086

Fernndez Garca Jorge Alberto 11041101

Guerrero Gervacio Tadeo Antonio 11041115

Hernndez Rosales Jhovany Dannir 11041119

Lpez Snchez Favio Axel 11041122

Salas Caldern Luis Fernando 11041148

Durango, Dgo., a 25 de Abril de 2012


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ndice

Subtema 2.1 Propiedades mecnicas de los materiales 6

Comentarios 15

Conclusiones 16

Bibliografa 17

Subtema 2.2 Propiedades elctricas, magnticas y trmicas 18

Comentarios 39

Conclusiones 40

Bibliografa 41

Subtema 2.3 Materiales semiconductores 42

Comentarios 47

Conclusiones 48

Bibliografa 49


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Tema Propiedades mecnicas y fsicas de los materiales

PROPIEDADES TECNOLGICAS.

Conformabilidad.- propiedad del metal que mide su maleabilidadFusibilidad.- permite obtener piezas fundidas o coladasColabilidad.- capacidad de un metal fundido para producir piezas fundidas completas y sindefecto para que un metal sea colable debe poseer gran fluidez.Soldabilidad.- es la actitud de un metal para soldarse con otro idntico bajo presin

ejercida sobre ambos en caliente.Templabilidad.- es la propiedad de un metal de sufrir transformaciones en su estructuracristalina producto del calentamiento y enfriamiento sucesivo y brusco.Maquinibilidad.- propiedad del metal de dejarse mecanizar mediante una herramientacortante apropiada un material que presenta este material


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PROPIEDADES QUMICAS.

Enlace metlico.- se forma como resultado de que los tomos de elementos con bajaelectronegatividad sedes sus electrones de valencia. Tienen pocos electrones en su casams externa y se pierden con gran facilidad.

Enlace covalente.-es una reaccin entre dos tomos no metal.

Enlace inico.- es una reaccin de 2 tomos de distinta electronegatividad. Existetransferencia de uno o mas electrones del tomo menos electronegativo hacia el maselectronegativo.

Enlace de van der walls.- son fuerzas de estabilizacin molecular. Forman enlacesqumicos no covalentes.

PROPIEDADES FSICAS.

Las propiedades fsicas son una caracterstica que pueden ser estudiadas usando los

sentidos o algn instrumento especfico de medida. Estas se manifiestan bsicamente en

los procesos fsicos como:

Presin.-La presin resulta de aplicar una fuerza sobre una superficie.

Cambios de estado.-Se presenta en tres estados o formas de agregacin: slido,

lquido, gaseoso, plasma y los Condensados Bose-Einstein.

Cambios de temperatura.- la temperatura permite asegurar si dos o ms sistemas

estn o no en equilibrio trmico, esto quiere decir que la temperatura es lamagnitud fsica que mide cuan caliente o cuan fro se encuentra un objeto.

Las propiedades fsicas a su vez se subdividen en generales o extensivas, cuando unmismo valor puede ser aplicado a diferentes sustancias. Ejemplos claros de esta son:masa, volumen, textura, peso, longitud, energa cintica, etc.

Se dice que son especficas o intensivas, cuando no dependen de la cantidad de materia,

como:

Olor.- es aquello que se percibe por las papilas olfativas de la nariz.

Color.-fenmeno fsico de la luz o de la visin, asociado con las diferentes longitudes

de onda en la zona visible del espectro electromagntico.

Sabor.-es la impresin que causa un alimento u otra sustancia, y est determinado

principalmente por sensaciones qumicas.


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Punto De Fusin Y Ebullicin.-El cambio de estado de slido a lquido se llama fusin

a la temperatura constante a la que se produce punto de fusin. De igual forma si un

lquido pasa a estado gaseoso hablamos de ebullicin y la temperatura a la que se

produce ser el punto de ebullicin.

Calor.-es la transferencia de energa entre diferentes cuerpos o diferentes zonas deun mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas.

Energa cintica.-se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una

masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Se mide en Joules.

Energa potencial.-de un cuerpo se define como la energa que es capaz de generar

un trabajo como consecuencia de la posicin del mismo. Se mide en Joules.

Masa.-es la magnitud fsica que permite expresar la cantidad de materia que contiene

un cuerpo. Su unidad es el kg. Su frmula es Volumen.- se define como el espacio ocupado por un cuerpo. Su unidad es el metro

cubico.

Textura.-es una cualidad diferencial que ayuda a distinguir y reconocer los objetos,

por ejemplo, un muro puede ser igual a otro en forma, superficie, color y simplemente

distinguirse por su textura.

Peso.-es la fuerza de atraccin que ejerce la gravedad sobre la masa de un cuerpo.

Longitud.- es la magnitud con que se mide la distancia entre dos puntos, es una

medida de una dimensin (lineal), mientras que el rea es una medida de dos

dimensiones (al cuadrado), y el volumen es una medida de tres dimensiones (cbica).

Densidad.- Es la relacin que existe entre masa y volumen de un cuerpo. Su formula es

d = m / v.

Conductividad trmica.- Se refiere a la capacidad que tienen los materiales para dejar

pasar el calor.

Coeficiente de dilatacin.- Tiene que ver con el aumento de volumen que se produceen los materiales cuando existen cambios de temperatura.

Conductividad elctrica.- Segn su comportamiento frente a la corriente elctrica,

podemos clasificar a los materiales en: conductor, aislante y semiconductor.


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Subtema 2.1 Propiedades mecnicas de los materiales

Las propiedades mecnicas pueden definirse como aquellas que tienen que ver con elcomportamiento de un material bajo fuerzas aplicadas. Las propiedades mecnicas seexpresan en trminos de cantidades que son funciones del esfuerzo o de la deformacin o

ambas simultneamente.

Elasticidad.

Designa la propiedad mecnica de ciertosmateriales de sufrir deformaciones reversiblescuando se encuentran sujetos a la accin defuerzas exteriores y de recuperar la forma originalsi estas fuerzas exteriores se eliminan.

La elasticidad es estudiada por la teora de la elasticidad, que a su vez es parte de lamecnica de slidos deformables. La teora de la elasticidad (TE) como la mecnica deslidos (MS) deformables describe cmo un slido se mueve y deforma como respuesta afuerzas exteriores.

La propiedad elstica de los materiales est relacionada con la capacidad de un slido desufrir transformaciones termodinmicas reversiblese independencia de la velocidad dedeformacin. Cuando en un slido deformable actan fuerzas exteriores y ste sedeforma se produce un trabajo de estas fuerzas que se almacena en el cuerpo en formade energa potencial elstica y por tanto se producir un aumento de la energa interna.

ELASTICIDAD LINEAL.- se presenta cuando las tensiones y las deformaciones estnrelacionadas linealmente. Cuando eso sucede decimos que tenemos un slido elsticolineal.

La teora de la elasticidad lineal es el estudio de slidos elsticos lineales sometidos apequeas deformaciones. Por tanto la teora de la elasticidad lineal slo es aplicable a:

Slidos elsticos lineales, en los que tensiones y deformaciones estn relacionadaslinealmente (linealidad material).

Deformaciones pequeas, es el caso en que deformaciones y desplazamientos estn

relacionados linealmente.

Debido a los pequeos desplazamientos y deformaciones a los que son sometidos loscuerpos, se usan las siguientes simplificaciones y aproximaciones para sistemas estables:

Las tensiones se relacionan con las superficies no deformadas

Las condiciones de equilibrio se presentan para el sistema no deformado


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Para determinar la estabilidad de un sistema hay presentar las condiciones deequilibrio para el sistema deformado.

Tensin.-

Es la reaccin que se produce en el interior de un slido cuando sobre l se aplica unacarga. Se puede medir en pascales. La tensin es siempre de la misma magnitud y desentido contrario a la carga aplicada. Segn la direccin, el sentido y el punto deaplicacin de la carga tenemos tres tipos de tensin:

1. Tensin de compresin.- Es la que se opone a una fuerzaque tiende a comprimir el cuerpo. Se produce sometiendoal cuerpo a dos cargas de igual direccin y sentidocontrario y convergente.

2. Tensin de traccin.-Es la que se opone a una fuerza quetiende a estirar el cuerpo. Se produce sometiendo alcuerpo a dos cargas de igual direccin y sentido contrario.

3. Tensin tangencial.- Es la que se opone a un movimiento de torsin o dedesplazamiento de una parte del cuerpo hacia otra. Tambin se denomina Tensinde corte, cizalla o flexin.

Deformacin.-

La deformacin es el cambio en las dimensiones del cuerpo. Se puede medir en unidadesde longitud, rea o volumen, pero estas medidas van a depender del tamao de lamuestra.

Deformacin elstica.- Es la que desaparece porcompleto cuando el material se descarga. Durante ladeformacin elstica se produce un cambiovolumtrico que se recupera al cesar la carga.

Deformacin plstica.- Es la que es la que no serecupera al cesar la carga aplicada. Esta deformacinse produce porque se ha forzado la distanciainteratmica y las uniones atmicas se han roto, por

lo que no hay ninguna fuerza que tienda a recuperarla situacin anterior.


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Los metales maleables, por lo general, pueden ser cortados o doblados cuando se ejerceuna determinada presin. Esto les permite ser materiales tiles para soldaduras, porejemplo. La escasa susceptibilidad a la corrosin y al xido son otras caractersticas dadaspor la maleabilidad.

Un material maleable es el aluminio, ya que permite obtener lo que se conoce como papelde aluminio (utilizado para la conservacin de alimentos) o usarse para la fabricacin deenvases de tetra-brik.

Fragilidad.

La fragilidadse relaciona con la cualidad de los objetos y materialesde romperse con facilidad. Aunque tcnicamente la fragilidad sedefine ms propiamente como la capacidad de un material defracturarse con escasa deformacin, a diferencia de los materialesdctiles que se rompen tras sufrir acusadas deformacionesplsticas.

Ductilidad.

Se conoce como ductilidad a la propiedad de aquellos materiales que, bajo la accin deuna fuerza, pueden deformarse sin llegar a romperse. Estos materiales, como ciertosmetales o asfaltos, se conocen como dctiles. En cambio, los materiales que no poseenesta propiedad se califican como frgiles. Esto quiere decir que los materiales dctilespueden experimentar importantes deformaciones antes de romperse, mientras que losfrgiles se rompen casi sin deformacin.

Los materiales dctiles toleran mtodos de fabricacin por deformacin plstica ysoportan una mayor cantidad de uso, ya que se deforman antes de romperse. Es necesarioaplicar una gran fuerza para romper un material dctil: sus tomos pueden deslizarseunos sobre otros, estirando el material sin romperse.


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Relacin entre resiliencia y tenacidad.

Se diferencia de la tenacidad en que sta cuantifica la cantidad de energa almacenada porel material antes de romperse, mientas que la resiliencia tan slo da cuenta de la energaalmacenada durante la deformacin elstica. La relacin entre resiliencia y tenacidad es

generalmente montona creciente, es decir, cuando un material presenta mayorresiliencia que otro, generalmente presenta mayor tenacidad. Sin embargo, dicha relacinno es lineal.

Relacin entre el esfuerzo y la deformacin. La resilienciaes el rea bajo lacurva en la zona verde, la tenacidadel rea conjunta bajo la curva en laszonas verde y amarilla.

Dureza.

La dureza es una propiedad mecnica de los materiales consistente en la dificultad queexiste para rayar (mineraloga) o crear marcas en la superficie mediante micropenetracin de una punta (penetrabilidad).

La dureza de una material se mide de varias formas dentro de las cuales se puedendestacar las durezas mecnicas y la dureza de Mohs.

En las durezas mecnicas se utiliza un penetrador sobre la superficiedel material. Sobre este penetrador se ejerce una carga conocidapresionando el penetrador a 90 de la superficie del material deensayo. El penetrador tiene diferentes formas y de acuerdo a esta esla huella que queda impresa en el material. De acuerdo a lageometra de la huella y a la carga. Se utilizan diferentes frmulaspara determinar el valor de la dureza. Actualmente hay aparatos que

leen la dureza de una forma digital.

En metalurgia la dureza se mide utilizando un durmetro para el ensayo de penetracin.Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargas aplicadas, existendiferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de dureza.El inters de la determinacin de la dureza en los aceros estriba en la correlacin existenteentre la dureza y la resistencia mecnica, siendo un mtodo de ensayo ms econmico yrpido que el ensayo de traccin, por lo que su uso est muy extendido.


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La resistencia del material a la penetracin indica su resistencia de forma cuantitativa. Elpenetrador puede ser tanto redondeado como puntiagudo y es de un material mucho msduro que el de la pieza que se ensaya, por ejemplo acero endurecido, carburo dewolframio o diamante.

Los ndices de dureza empricos se calculan a partir de formula adecuadas que emplean lasmedidas de la geometra de la huella creada por la indentacin. Las medidas demicrodureza se realizan con la ayuda de un microscopio de gran potencia.

Acritud (Endurecimiento por deformacin plstica en frio).

La acritud significa deformacin mecnica de unmaterial a temperaturas relativamente bajas. El reade acritud se define en relacin a la reduccinrelativa del rea de la seccin transversal delmaterial, causada por procesos como el laminado.Mientras mas aumente el grado de acritud, la durezay resistencia del material aumentan. Este proceso sedenomina endurecimiento por acritud. El mecanismo

responsable de este tipo de endurecimiento se basaen la resistencia a la deformacin plstica opuesta

por la elevada densidad de dislocaciones que se generan durante el proceso dedeformacin en fro.

Lo que ocurre es que introducimos dislocaciones en el material (generamos nuevasdislocaciones). La densidad de defectos (dislocaciones) es del orden de 106. Cuandogeneramos acritud en el material, la densidad de dislocaciones se eleva a 1012.


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Aparte de esto, tambin se ponen en movimiento las dislocaciones existentes, que paraseguir movindose demandarn esfuerzos crecientes. Cuando las dislocaciones empiezana moverse se aproximan unas a otras y llega un momento en el que se repelen, debido aque en el entorno de la dislocacin existe un campo de tensiones.

El endurecimiento por deformacin plstica se explica as: El metal posee dislocaciones en su estructura cristalina.

Cuando se aplica fuerza sobre el material, las dislocaciones se desplazan causandola deformacin plstica.

Al moverse las dislocaciones aumentan en nmero.

Al haber ms dislocaciones en la estructura del metal, se estorban entre s,volviendo ms difcil su movimiento.

Al ser mas difcil que las dislocaciones se muevan, se requiere de una fuerza mayorpara mantenerlas en movimiento. Se dice entonces que el material se haendurecido.

Para que el endurecimiento del metal semantenga, es necesario que las dislocacionesque fueron creadas durante la deformacin semantengan en la estructura del metal. Laestructura cristalina del metal tiene un nmeronormal de dislocaciones. La deformacin

plstica ha causado que hayan masdislocaciones que ese numero normal, por loque la estructura cristalina tendera a hacerdesaparecer a las dislocaciones extras.

Colabilidad.

Es la facultad de un material fundido para producir objetoscompletos y sanos cuando se cuela en un molde, por lo generalhecho de arena.

Es necesario que la temperatura decolada sobre paseunos 110 C la temperatura de fusin, para evitar

problemas de endurecimiento precoz del material.

Fluencia.

Propiedad de algunos materiales para deformarse lenta yespontneamente bajo la accin de su propio peso o de cargas muy


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pequeas aplicadas a l constantemente. A esta deformacin lenta, se denomina tambincreep.

Lmite de fluencia o lmite elstico aparente: valor de la tensin que soporta la probeta enel momento de producirse el fenmeno de la cedencia o fluencia. Este fenmeno tiene

lugar en la zona de transicin entre las deformaciones elsticas y plsticas y se caracterizapor un rpido incremento de la deformacin sin aumento apreciable de la carga aplicada.


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COMENTARIOS.

La Ciencia de los Materiales se ocupa principalmente de las propiedades, clasificacin,procesamiento y usos de las diversas manifestaciones de la materia en el Universo.

El comportamiento de los materiales queda definido por su estructura a nivelmicroscpico, la estructura electrnica de un tomo determina la naturaleza de losenlaces atmicos que a su vez contribuye a fijar las propiedades de un material dado.

En forma general, las propiedades se separan para su estudio en dos grandes ramas:propiedades fsicas y propiedades mecnicas.

Propiedades mecnicas: Describen la forma en que un material soporta fuerzas aplicadas,incluyendo fuerzas de tensin, compresin, impacto, cclicas o de fatiga, o fuerzas a altastemperaturas.

Propiedades fsicas: Dependen de la estructura y procesamiento del material. Describen

caractersticas como color, conductividad elctrica o trmica, magnetismo ycomportamiento ptico, generalmente no se alteran por fuerza que actan sobre elmaterial. Pueden dividirse en: elctricas, magnticas y pticas.


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CONCLUSIONES.

Las propiedades de la materia se pueden clasificar en propiedades: fsicas, mecnicas,qumicas y tecnolgicas. en las propiedades fsicas existen algunos temas que tienen granimportancia como la: conductividad trmica y elctrica, coeficiente de dilatacin, calor

especifico, punto de fusin y ebullicin, as como cambios de estado, de temperatura,presin, volumen, masa, textura, peso, densidad, entre otros. As mismo estos temas sonde gran importancia en las propiedades elctricas, magnticas, trmicas y pticas, debidoa que estas cuatro son subdivisiones de las propiedades fsicas.

As mismo las propiedades mecnicas se subdividen en: elasticidad, plasticidad,maleabilidad, fragilidad, ductilidad, tenacidad, resiliencia, dureza, acritud, entre otras.


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BIBLIOGRAFA.

Nombre: Ciencia De Materiales Para Ingeniera.

Autor: Carl A. Keyser.

Editorial: Limusa.

Ficha bibliogrfica:620.112K44


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Subtema 2.2 Propiedades elctricas, magnticas y trmicas.

PROPIEDADES ELCTRICAS.

Conduccin elctrica.

En los conductores existen cargas capaces de moverse libremente bajo la accin de uncampo elctrico. Si se mantiene una diferencia de potencial entre dos puntos delconductor se producir una corriente elctrica. Las cargas mviles se denominanPORTADORES DE CORRIENTE (los electrones de valencia en el caso de los metales) ya quesu movimiento constituye la corriente elctrica que viene caracterizada por laINTENSIDAD.

El movimiento de las cargas tiende a anular la diferencia de potencial que lo produce, de

modo que para evitar que la corriente se anule es preciso mantener la diferencia depotencial.

Conductividad elctrica.

La conductividad elctrica es la capacidad de un cuerpo o medio para conducir la corrienteelctrica, es decir, para permitir el paso a travs de las partculas cargadas, bien sean loselectrones, los transportadores de carga en conductores metlicos o semimetlicos, o iones, losque transportan la carga en disoluciones de electrolitros.

Ley de Ohm.

El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito elctrico cerrado, es directamenteproporcional a la tensin o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la resistencia en ohmde la carga que tiene conectada.

Desde el punto de vista matemtico el postulado anterior se puede representar por medio de lasiguiente Frmula General de la Ley de Ohm:

Tensin o voltaje "E", en volt (V). Intensidad de la corriente " I ",en ampere (A).

Resistencia "R" en Ohm de la carga o consumidorconectado al circuito.


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Superconductividad.

Se denomina superconductividad a la capacidad intrnseca que poseen ciertos materialespara conducir corriente elctrica sin resistencia ni prdida de energa en determinadascondiciones.

Aunque la propiedad ms sobresaliente de los superconductores es la ausenciade resistencia, lo cierto es que no podemos decir que se trate de un material deconductividad infinita, ya que este tipo de material por s slo no tiene sentidotermodinmico. Esto hace que no permita que penetre el campo, lo que se conoce

como efecto Meissner.

Comportamiento magntico de los superconductores

Teoras de la superconductividad:

La teora BCS.- Esta teora se pudo desarrollar gracias a dos pistas fundamentales ofrecidaspor fsicos experimentales:

El descubrimiento del efecto isotpico

Pares de Cooper

La superconductividad se puede explicar cmo una aplicacin del Condensado de Bose-Einstein. Sin embargo, los electrones son fermiones, por lo que no se les puede aplicaresta teora directamente.

La idea en la que se basa la teora BCS es que los electrones se aparean formando un parde fermiones que se comporta como un bosn. Esta pareja se denomina par de Cooper y


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su enlace est justificado en las interacciones de los electrones entre s mediada por laestructura cristalina del material.

Efecto Hall.Efecto Hall es la medicin del voltaje transversal en un conductor cuando es puesto en uncampo magntico. Mediante esta medicin es posible determinar el tipo, concentracin ymovilidad de portadores en silicio.

En un conductor por el que circula una corriente, en presencia de un campo magnticoperpendicular al movimiento de las cargas, aparece una separacin de cargas que da lugara un campo elctrico en el interior del conductor perpendicular al movimiento de lascargas y al campo magntico aplicado. A este campo magntico se le llama campo Hall.

Diagrama del efecto Hall, mostrando el flujo de electrones.

1. Electrones2. Sensor o sonda Hall3. Imanes4. Campo magntico5. Fuente de energa

Estructura de las bandas de energa en los slidos.

Se describe en una teora de bandas la estructura electrnica de un material comouna estructura de bandas electrnicas, o simplemente estructura de bandas de energa.

Bandas de energa.

La banda de valencia(BV): est ocupada por los electrones de valenciade los tomos, esdecir, aquellos electrones que se encuentran en la ltima capa o nivel energtico de lostomos. Los electrones de valencia son los que forman los enlaces entre los tomos, pero

no intervienen en la conduccin elctrica.

La banda de conduccin(BC): est ocupada por los electrones libres, es decir, aquellos quese han desligado de sus tomos y pueden moverse fcilmente. Estos electrones son losresponsables de conducir la corriente elctrica.


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Resistividad elctrica.

Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente elctrica,por lo que da una idea de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistividadindica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicar que es un buen

conductor.

Se designa por la letra griega rho minscula () y se mide enohmios por metro (m).

Generalmente la resistividad de los metales aumenta con la temperatura, mientras que laresistividad de los semiconductores disminuye ante el aumento de la temperatura.

Comportamiento dielctrico.

Un dielctrico es una sustancia que es mala conductora de la electricidad y que

amortiguar la fuerza de un campo elctrico que la atraviese. Las sustancias conductorascarecen de esta propiedad de amortiguacin. Dos cuerpos de cargas opuestas situados acada lado de un trozo de vidrio (un dielctrico) se atraern entre s, pero si entre amboscuerpos se coloca una lmina de cobre, la carga ser conducida por el metal.

La eficacia de los dielctricos se mide por su relativa capacidad de almacenar energa y seexpresa en trminos de constante dielctrica (tambin denominada permitividad relativa),tomando como unidad el valor del vaco.

El dielctrico debe polarizarse con facilidad, para que la constante dielctrica y laresistividad elctrica sean elevadas (impide el paso de carga de un conductor a otro).


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Debe ser lo ms pequeo posible y que al mismo tiempo pueda operar altos voltajes, porlo que su resistencia dielctrica deber ser alta. El factor de prdidas dielctricas serpequeo para minimizar el calentamiento.

Constante dielctrica.

Si tenemos dos materiales conductores separados uno del otro por un vaco

(condensador elctrico) no se establecer corriente entre ellos.

Si entre las placas de un condensador plano introducimos un dielctrico, el campoelctrico, y por tanto la diferencia de potencial, disminuye como consecuencia de lapolarizacin en su interior. Al factor de disminucin se le llama constante dielctrica, yes un valor caracterstico de cada material. En la tabla se muestra la constante dielctricay la resistencia dielctrica de algunos materiales.

Constante dielctrica y resistenciadielctrica de algunos materiales

Material erResistencia dielctrica(kV/mm)

Aceite 2,24 12

Agua a 20 C 80

Aire 1,0006 3

Baquelita 4,9 24

Mica 5,4 10-100

Neopreno 6,9 12

Papel 3,7 16

Parafina 2,3 10

Plexigls 3,4 40

Porcelana 7 5,7

Vidrio pyrex 5,6 14


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En un condensador elctrico, es decir, en un aparato que almacena energa de tipoelctrica, se manifiesta la constante dielctrica. Pues cuando en el dispositivo, entre losconductores que se encuentran cargados insertamos un material de tipo aislante odielctrico, que no sea airea, la capacidad que posee de almacenaje de carga, aumentarsignificativamente.

Cuando un material de tipo dielctrico, sustituye al vaco que existe entre los conductores,se puede dar una polarizacin en dicho material (dielctrico), cosa que permite que sepuedan almacenar cargas extras.

Resistencia dielctrica.

Voltaje mximo al que puede exponerse un material sin provocarle perforacin alguna;

expresado en voltios o kilovoltios por unidad de grosor.

Las placas de un condensador estn separadas por un dielctrico, existiendo un campoelctrico en ste. El campo elctrico a travs del dielctrico est limitado porque lasmolculas de ste pueden llegar a ionizarse y volverse conductor. El fenmeno sedenomina ruptura del dielctrico, y el valor mximo del campo elctrico es caractersticode cada material y se denomina resistencia dielctrica. En la tabla se muestra la roturadielctrica de algunos materiales.


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Tipos de polarizacin.

Los electrones son los portadores de carga en los materiales conductores,semiconductores y muchos de los aislantes; en los compuestos inicos son los ionesquienes transportan la mayor parte de la carga. La movilidad de los portadores depende

de los enlaces atmicos, de las imperfecciones de la red, de la microestructura y, en loscompuestos inicos, de las velocidades de difusin.

Polarizacin electrnica.- Consiste en la concentracin de los electrones en el ladodel ncleo ms cercano al extremo positivo del campo. Esto implica una distorsindel arreglo electrnico, en la que el tomo acta como un dipolo temporalinducido. Este efecto, que ocurre en todos los materiales es pequeo y temporal.

Polarizacin inica.- Los enlaces inicos tienden a deformarse elsticamentecuando se colocan en un campo elctrico. En consecuencia la carga se redistribuyeminsculamente dentro del material. Los cationes y aniones se acercan o se alejandependiendo de la direccin de campo. Estos dipolos temporalmente inducidos

causan polarizacin y tambin pueden modificar las dimensiones generales delmaterial.

Polarizacin molecular.- Algunos materiales contienen dipolos naturales, que, alaplicrseles un campo giran, hasta alinearse con l.

Ferroelectricidad.

Es una propiedad emprica de materiales dielctricos no centro-simtricos, que poseenpor lo menos dos estados orientacionales enantiomorfos termodinmicamente estables,

que pueden ser intercambiados de uno al otro por influencia de un campo elctricoexterno y cuya nica diferencia es la direccin del vector de polarizacin. El efecto fsicoobservable es que el material presenta una polarizacin incluso despus de haber retiradoel campo elctrico. Se puede explicar en funcin de una alimentacin residual de dipolospermanentes. Un ejemplo es el titanato de bario.

Los materiales que retienen una polarizacin neta, una vez retirado el campo, se conocencomo materiales ferroelctricos.

Piezoelectricidad.

Es un fenmeno presentado por determinados cristales que al sersometidos a tensiones mecnicas adquieren una polarizacinelctrica en su masa, apareciendo una diferencia de potencial ycargas elctricas en su superficie. Este fenmeno tambin sepresenta a la inversa, esto es, se deforman bajo la accin defuerzas internas al ser sometidos a un campo elctrico. El efecto


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piezoelctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltajeexterior o campo elctrico, recuperan su forma.

Pueden distinguirse dos grupos de materiales: los que poseen carcter piezoelctrico deforma natural (cuarzo, turmalina) y los llamados ferroelctricos, que presentan

propiedades piezoelctricas tras ser sometidos a una polarizacin (tantalio de litio, nitratode litio, bernilita en forma de materiales monocristalinos y cermicas o polmeros polaresbajo forma de microcristales orientados).

Los materiales piezoelctricos son cristales naturales o sintticos queno poseen centro de simetra. El efecto de una compresin o de uncizallamiento consiste en disociar los centros de gravedad de lascargas positivas y de las cargas negativas. Aparecen de este mododipolos elementales en la masa y, por influencia, cargas de signoopuesto en las superficies enfrentadas.

Conductor.

Son materiales cuya resistencia al paso de la electricidad es muy baja. Los mejoresconductores elctricos son metales el cobre, el hierro y el aluminio los metales y susaleaciones, aunque existen otros materiales no metlicos que tambin poseen lapropiedad de conducir la electricidad, como el grafito o las disoluciones y solucionessalinas (por ejemplo, el agua de mar) o cualquier material en estado de plasma.

Para el transporte de energa elctrica, as como para cualquier instalacin de usodomstico o industrial, los mejores conductores son el oro y la plata, pero debido a suelevado precio, los materiales empleados habitualmente son el cobre (en forma de cablesde uno o varios hilos), o el aluminio; metal que si bien tiene una conductividad elctricadel orden del 60% inferior es, sin embargo, un material tres veces ms ligero, por lo que suempleo est ms indicado en lneas areas de transmisin de energa elctrica en lasredes de alta tensin.

Semiconductor.

Es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante dependiendo dediversos factores, como por ejemplo el campo elctrico o magntico, la presin, laradiacin que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre.

El elemento semiconductor ms usado es el silicio, el segundo el germanio, aunqueidntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos 12 y13 con los de los grupos 14 y 15 respectivamente. Posteriormente se ha comenzado a


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emplear tambin el azufre. La caracterstica comn a todos ellos es que son tetravalentes,teniendo el silicio una configuracin electrnica sp.

Obviamente el proceso inverso tambin se produce, de modo que los electrones puedencaer, desde el estado energtico correspondiente a la banda de conduccin, a un hueco

en la banda de valencia liberando energa. A este fenmeno se le denominarecombinacin. Sucede que, a una determinada temperatura, las velocidades de creacinde pares e-h, y de recombinacin se igualan, de modo que la concentracin global deelectrones y huecos permanece invariable. Siendo "n" la concentracin de electrones(cargas negativas) y "p" la concentracin de huecos (cargas positivas), se cumple que:

ni = n = p

Superconductor.

Un superconductor es considerado tal cuando es un material con la capacidad de conducircorriente elctrica con resistencia y prdidas de energa nulas.

Aislante elctrico.

Es un material con escasa capacidad de conduccin de laelectricidad, utilizado para separar conductores elctricos evitandoun cortocircuito y para mantener alejadas del usuario determinadaspartes de los sistemas elctricos que de tocarse accidentalmentecuando se encuentran en tensin pueden producir una descarga. Losms frecuentemente utilizados son los materiales plsticos y lascermicas.

El comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que se estableceentre las bandas de valencia y conduccin que dificulta la existencia de electrones librescapaces de conducir la electricidad a travs del material.

PROPIEDADES MAGNTICAS

Diamagnetismo.

Es una propiedad de los materiales que consiste en ser repelidos por los imanes. Es lo

opuesto a los materiales ferromagnticos los cuales son atrados por los imanes. Elfenmeno del Damagnetismo fue descubierto y nominado por primera vez en septiembrede 1845 por Michael Faraday cuando vio un trozo de bismuto que era repelido por un polocualquiera de un imn; lo que indica que el campo externo del imn induce un dipolomagntico en el bismuto de sentido opuesto.


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Las sustancias, en su gran mayora, son diamagnticas, puesto que todos los pares deelectrones con espn opuesto contribuyen dbilmente al Damagnetismo. Algunosejemplos de materiales diamagnticos son: el bismuto metlico, el hidrgeno, el helio ylos dems gases nobles, el cloruro de sodio, el cobre, el oro, el silicio, el germanio, elgrafito, el bronce y el azufre.

El grafito piroltico, que tiene un Damagnetismo especialmente alto, se ha usado comodemostracin visual, ya que una capa fina de este material levita (por repulsin) sobre uncampo magntico.

Paramagnetismo.

Es la tendencia de los momentos magnticos libres (espn u orbitales) a alinearseparalelamente a un campo magntico. Si estos momentos magnticos estn fuertementeacoplados entre s, el fenmeno ser ferromagnetismo o ferrimagnetismo. Cuando noexiste ningn campo magntico externo, estos momentos magnticos estn orientados alazar. En presencia de un campo magntico externo tienden a alinearse paralelamente alcampo, pero esta alineacin est contrarrestada por la tendencia que tienen los

momentos a orientarse aleatoriamente debido al movimiento trmico.

Se denomina materiales paramagnticos a los materiales o medioscuya permeabilidad magntica es similar a la del vaco. Estos materialeso medios presentan en una medida despreciable el fenmeno deferromagnetismo. En trminos fsicos, se dice que tiene un valoraproximadamente igual a 1 para su permeabilidad magntica relativa,cociente de la permeabilidad del material o medio entre lapermeabilidad del vaco.

Los materiales paramagnticos sufren el mismo tipo de atraccin y repulsin que losimanes normales, cuando estn sujetos a un campo magntico. Sin embargo, al retirar elcampo magntico, la entropa destruye el alineamiento magntico, que ya no estfavorecido energticamente. Es decir, los materiales paramagnticos son materialesatrados por imanes, pero no se convierten en materiales permanentementemagnetizados. Algunos materiales paramagnticos son: aire, aluminio, magnesio, titanio ywolframio.


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Comportamiento magntico.

Ferromagnetismo.

Ferromagnetismo depende de la temperatura, en la cual nos encontramos la temperaturade Curie o por encima de la cual la sustancia sigue la ley de Curie, es decir, tendr uncomportamiento paramagntico simple. Sin embargo, por debajo de la temperatura Curie,vara de manera diferente con la temperatura, dependiendo tambin de la intensidad delcampo.

La temperatura de Curie (Tc) es la temperatura por encima de la cual desaparece laimanacin espontanea:

T < Tc fase ordenada ferromagntica,T > Tc fase paramagntica desordenada.

Las principales caractersticas de los materiales ferromagnticos son las siguientes:

a) En los materiales ferromagnticos se observa una imanacin espontanea Ms enausencia de campo magntico externo.

b) La imanacin espontanea vara con la temperatura alcanzando un mximo para T=0 K ypresentando una disminucin continua al aumentar la temperatura hasta caer a 0 parauna temperatura Tc denominada temperatura de Curie ferromagntica.

c) Para T>Tc el material experimenta una transicin de fase ferromagntica paramagntica con una susceptibilidad en la fase paramagntica dada por la relacin X = C / ( TTc) modificacin de la ley de Curie para materiales paramagnticos en la cual c no estdefinida para T


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direccin uniforme llamadas dominios magnticos con orientacin al azar unas respecto aotras.

e) Los nicos elementos ferromagnticos son: hierro (Fe), cobalto (Co), Nquel (Ni),gadolinio (Gd) y disprosio (Dy).

Ferrimagnetismo.

En un material antiferromagntico existen grandes dominios de dipolos magnticosalineados estn alineados en sentido opuesto. Para el antiferromagnetismo, se tiene unatemperatura, llamada temperatura de Nel. Por debajo de ella, la sustancia tiene elcomportamiento de una sustancia paramagntica simple, pero por debajo de latemperatura de Nel, la susceptibilidad disminuye al disminuir la temperatura.

En muchos cristales magnticos, la imanacin de saturacin a 0 K no corresponde a unaalineacin paralela de los momentos magnticos de los iones paramagnticos que locomponen. El ejemplo ms conocido es la magnetita.

En ella, los iones tienen spin S = 5/2 y momento orbital = 0, es decir, cada ion contribuyecon 5. Los iones tienen spin S = 2 y contribuyen con 4. El nmero efectivo de magnetones


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de Bohr por molcula de debera ser (2 x 5) + 4 = 14, si todos los spins fueran paralelos, encambio el valor observado es de 4,1. Esto se explica si los momentos magnticos de losiones son antiparalelos entre ellos de forma que se anulan, y el observado es el quecorresponde al ion. La siguiente figura es un esquema de los iones de hierro presentes enla celda unidad de la magnetita de estructura espinela inversa.

Louis Nel estudi las consecuencias de esta estructura despins, especialmente en los xidos magnticos conocidos comoferritas. El trmino ferrimagnetismo fue utilizadooriginariamente para designar el orden de spinsferromagnticos de las ferritas y por extensin, de todas lassustancias con ordenacin de spins similar. La frmula qumicageneral de una ferrita es MO Fe2O3donde M es un catin devalencia 2 como Zn, Cd, Fe, Ni, Co, Cu Mg. Muchos

ferrimagnticos son malos conductores de la electricidaddando lugar a muchas aplicaciones prcticas como por ejemploncleos de transformadores.

Antiferromagnetismo.

El antiferromagnetismo es el ordenamiento magntico de todos los momentosmagnticos de una muestra, en la misma direccin pero en sentido inverso (por pares, porejemplo, o una subred frente a otra). La interaccin antiferromagntica es la interaccin

magntica que hace que los momentos magnticos tiendan a disponerse en la mismadireccin y en sentido inverso, cancelndolos si tienen el mismo valor absoluto, oreducindolos si son distintos. Ha de extenderse por todo un slido para alcanzar elantiferromagnetismo.

El momento magntico de un objeto es una magnitud vectorial que expresa la intensidady orientacin del campo magntico del objeto.


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Disposicin ordenada de los spines de los iones Mn2+

en el MnO segn planos. Los spins de

un mismo plano son entre s, los de planos adyacentes son entre s y a los de

planos adyacentes obteniendo una ordenacin antiferromagntica.

Susceptibilidad magntica.

La susceptibilidad magntica es el grado de magnetizacin de un material, en respuesta aun campo magntico. Este nmero se representa con el smbolo , y es adimensional.

donde M es la magnetizacin del material (la intensidad del momento magntico porunidad de volumen) y Hes la intensidad del campo magntico externo aplicado.

Si es positivo, el material se llama paramagntico, y el campo magntico se fortalece porla presencia del material. Si es negativa, el material es diamagntico, y el campo

magntico se debilita en presencia del material. si >>1 es un material ferromagntico.

La susceptibilidad magntica y la permeabilidad magntica () estn relacionadas por lasiguiente frmula:

donde es la permeabilidad magntica del vaco.

Concretamente la susceptibilidad magntica de las sustancias se clasifican en:

Diamagnticas: Bi, Cu, Au, Ag, ( ~ -10e-5)

Paramagnticas: Al, Sn, O, ( ~ 10e-5)

Ferromagnticas: Fe, Co, Ni, ( ~ 10e5)

Permeabilidad magntica.

Cuando colocamos un material ferromagntico dentro de un campo magntico, aumentala intensidad del campo magntico. Este incremento en la imanacin se mide medianteuna cantidad llamada permeabilidad magntica , definida como:

= B / H

Si el campo magntico se aplica al vaco,

0= B / H donde 0= 4p x 10-7 Tm / A

Algunas veces es conveniente describir el comportamiento magntico de un slido entrminos de su permeabilidad relativa mr, dada por:


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r = / 0

y B = r 0H

Los materiales magnticos que son fcilmente imanados tienen alta permeabilidadmagntica.

Los materiales tienen diferente permeabilidad magntica, siendo para el aire y losmateriales no ferromagnticos

En los materiales ferromagnticos es bastante alta. Para la comodidad en los clculos seemplea la permeabilidad relativa

Los materiales no ferrosos tienen la permeabilidad magntica relativa rigual a la unidady para los materiales ferromagnticos res mucho mayor a la unidad. La permeabilidadmagntica vara con la fuerza magnetizadora en un material de acuerdo a las curvas dehistresis.

La saturacin magntica de los aceros ocurre a 2.16 Tesla. En el estndar BS 6072 serecomienda tomar un tercio de este valor 0.72 Tesla como mnimo para poder realizar lasinspecciones con partculas magnticas.

PROPIEDADES TRMICAS.

Capacidad calorfica.

Cuando un material absorbe calor del ambiente, su temperatura aumenta. Esta

observacin puede cuantificarse mediante una propiedad fundamental del material, lacapacidad calorfica.

En general, la capacidad calorfica depende adems de la temperatura y de la presin.

- Se mide en J/(kg*k)- La capacidad calorfica va variando segn la sustancia.


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Calor especfico.

El calor especfico es una magnitud fsica que se define como la cantidad de calor que hayque suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinmico paraelevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor

especfico depende de dicha temperatura inicial. Se la representa con la letra c(minscula).

Diferencias entre calor y temperatura:

El calor y la temperatura estn relacionadas entre si, pero son conceptos diferentes.

El calor:

- es la energa total del movimiento molecular en una sustancia

- depende de la velocidad de las partculas, su nmero, su tamao y su tipo

La temperatura:

- es una medida de la energa molecular media

- no depende del tamao, del nmero o del tipo.

Por ejemplo: La temperatura de un vaso pequeo de agua puede ser la misma que la

temperatura de un cubo de agua, pero el cubo tiene ms calor porque tiene ms agua ypor lo tanto ms energa trmica total.


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Dilatacin trmica.

Un aumento de la temperatura origina una mayor vibracin trmica de los tomos delmaterial y un aumento de la distancia media de separacin entre tomos adyacentes.

Hay que considerar que los coeficientes de dilatacin lineal de los cermicos y vidrios songeneralmente inferiores a los de los metales que son, a su vez, menores que los de lospolmeros.

Conductividad trmica.

Es una propiedad fsica de los materiales que mide la capacidad de conduccin de calor.En otras palabras la conductividad trmica es tambin la capacidad de una sustancia detransferir la energa cintica de sus molculas a otras molculas adyacentes o asubstancias con las que est en contacto se representa con la letra (K).

La conductividad trmica es una magnitud intensiva. Su magnitud inversa es la resistividadtrmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.


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Choque trmico.

El empleo de algunos materiales inherentemente frgiles, especialmente cermicos y

vidrios, a altas temperaturas, da lugar a un problema especial de ingeniera, denominadochoque trmico. El choque trmico puede ser definido como la fractura (parcial ocompleta) del material como resultado de un cambio de temperatura (normalmente unenfriamiento brusco).


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PROPIEDADES PTICAS

Son las que estn relacionadas con el comportamiento del material frente a la accin de laluz.

TRANSMISIN DE LA LUZ.-Es la propiedad de algunos materiales de dejar pasar la luz a travs deellos. La luz puede pasar de un lado al otro de este objeto, porque sumaterial trasmite la luz.

Clasificacin de los materiales por trasmisin de luz.

TRANSPARENTES:

Dejan pasar la luz y se puede ver a travs de ellos.Se pueden ver las formas que estn del otro ladodel material con claridad.

La superficie de estos materiales debe ser lisa, delo contrario pierden transparencia.

Ejemplos de materiales transparentes: Vidrio,algunos plsticos, agua.

TRANSLUCIDOS:

Dejan pasar la luz pero no la visin.Se pueden ver las siluetas que estn delotro lado del material, pero no el detallede las formas.La superficie de estos materiales no es lisa.Ejemplos de materiales translcidos:Vidrios esmerilados, algunos plsticos.

OPACOS:

No dejan pasar la luz ni la visin.La mayora de los materiales son opacos; no sepuede ver a travs de ellos.No se puede ver a travs de este muro deladrillos ni de los techos de tejas, son materialesopacos.


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REFLEXIN DE LA LUZ.-

Es la propiedad de algunos materiales de reflejar la luz que llega a ellos.La luz llega al material y se devuelve.

Cuanto ms lisa sea la superficie de un material, ms va a reflejar la luz.Cuanto ms clara sea la superficie de un material, ms reflejar la luz.

Distintos grados de reflexin de la luzen los vidrios y en el cielorraso.

Esta propiedad fue aprovechada para darle un efecto arquitectnico a este edificio, que

de da refleja el barrio donde est construido y de noche totalmente transparente.


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COMENTARIOS.

Los materiales de ingeniera ms conocidos son:

- Materiales metlicos-

Materiales cermicos- Materiales polmeros

Cada uno de los cuales son diferentes entre s debido a sus propiedades y micro-estructura. Existen propiedades distintas con que evaluar a los materiales como:

- Elctricas- Magnticas- Trmicas- pticas

En las propiedades elctricas, los metales se pueden considerar como materiales

conductores a temperaturas mayores a la crtica y no tan cercanas a la de fusin(temperatura de ambiente con regularidad). Son excelentes conductores cuando se hayanpuros, con impurezas se disminuye la conductividad, pero se aumenta el carcter desuperconductor a temperaturas bajas (menores a la crtica). En el da a da se les aplicams en funciones de conduccin elctrica y en cableados.

Dentro de las propiedades magnticas se encuentra el ferrimagnetismo que es unfenmeno muy relacionado con el ferromagnetismo. Se presenta en compuestoscermicos magnticos. En estos sistemas, los iones de metal de transicin generanmomentos magnticos, como lo hacen los tomos del metal de transicin en elferromagnetismo. La diferencia est en que los momentos magnticos de ciertos cationesse cancelan por el emparejamiento de spines antiparalelos. La induccin de saturacinneta disminuye por tanto si es comparada con la de los metales ferromagnticos. Loscermicos magnticos, como los metales ferromagnticos, pueden ser magnticamenteduros o blandos.

Mientras que en las propiedades trmicas, a medida que un slido absorbe energa enforma de calor, su temperatura y sus dimensiones aumentan. La energa puedetransportarse de las regiones calientes a las regiones ms fras de la muestra si existe ungradiente de temperatura y, finalmente la muestra puede fundirse.

Las propiedades pticas tienen mucha influencia en los vidrios, debido a que estospertenecen a la caracterstica de transparencia; una lmina, un ladrillo o la madera serepresentaran con la propiedad de opaco, debido a que la luz no puede traspasar estosmateriales.


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CONCLUSIONES.

Todas las propiedades de los materiales son de gran importancia para ingeniera pues el

conocerlas nos servir para el diseo y creacin de nuevos productos o nuevos materialesque se tendrn que basar en estas propiedades para funcionar de la manera planeada.


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BIBLIOGRAFA.

Nombre: Introduccin A La Ciencia De Materiales Para Ingenieros, Sptima Edicin.

Autor: James F. Shackelford

Editorial: Prentice Hall Pearson

Ao de edicin: 2010 Ficha bibliogrfica:

620.11SH524QUMICA

Nombre: Introduccin A La Ciencia E Ingeniera De Los Materiales

Autor: William D. Callister

Editorial: Reverte

Ficha bibliogrfica:

620.11C162 TIIMECNICA


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Subtema 2.3 Materiales semiconductores

Los materiales semiconductores reciben estenombre porque su conductividad electrnica esintermedia entre la de los conductores y la de los

aisladores.

Debido a su uso en dispositivos tales comolos transistores (computadoras) y en los lseres, labsqueda de nuevos materiales semiconductores y la

mejora de los materiales existentes es un importante campo de estudio en la ciencia demateriales.

Entre los semiconductores, los ms usados en electrnica son elsilicio y el germanio (fabricacin de circuitos).

Un fenmeno caracterstico de los semiconductores es lafotoconduccin, que ocurre si el material es parte de un circuitoelctrico. Esta es la propiedad que tienen algunos materiales deperder su carga positiva al incidir sobre ellos la luz.

Silicio:

Fue descubierto por Jons Jacob Berzelius en 1823.

En estado puro tiene propiedades fsicas y qumicas parecidas a lasdel diamante.

Su estructura cristalina le confiere propiedades semiconductoras. Enestado muy puro y con pequeas trazas de elementos como el boro,fsforo y arsnico constituye el material bsico en la construccin de los chipsde losordenadores.

Los materiales aislantes se caracterizaban por poseer una Banda Prohibida muy ancha, lacual impide el paso de electrones de la Banda de Valencia a la de Conduccin.

En los materiales semiconductores, la Banda de la energia prohibida (o Gap)es muchomenos ancha que en los aislantes. Por lo general, a 0 K los materiales semiconductores se

comportan como aislantes. Pero a medida que aumenta la temperatura lo hace sucapacidad de conduccin, ya que este aporte de energa sirve para que los electronespuedan saltar de la Banda de Valencia a la de Conduccin.


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La anchura de la Banda Prohibida condiciona la energa que debe aportarse a loselectrones para que pasen de la Banda de Valencia a la de Conduccin. El aporte deenerga debe superar los 0.785 eV (Electrn - Voltios) en el caso del germanio y los 1.21 eVpara el silicio.

En los semiconductores, la brecha de energa es menor que la de los aislantes,particularmente en los semiconductores extrnsecos, que contienen niveles donantes yaceptantes de energa. En los semiconductores intrnsecos, habr absorcin si la energadel fotn excede la brecha de energa (Eg); mientras que los fotones de menor potenciasern transmitidos. As, los semiconductores son opacos a radiaciones de longitudes deonda corta, pero transparentes a longitudes de onda larga. Por ejemplo, el silicio y elgermanio aparecen opacos a la luz visible para el ojo humano, pero son transparentes aradiaciones infrarrojas de longitudes de onda mayores.

Semiconductores extrnsecos e intrnsecos.

Los semiconductores intrnsecos son puros, en los que la conduccin se debe alaumento de electrones en la banda de conduccin originado por la temperatura.Los portadores de carga son los electrones y los huecos. Los semiconductoresintrnsecos no presentan impurezas en su estructura, y estn constituidosnicamente por el elemento tetravalente semiconductor (del grupo IV de la tablaperidica): silicio o germanio puro.

Los semiconductores extrnsecoscontienen impurezas. Si en una red cristalina seintroducen tomos de impureza, aparecen estados de energa o bandas auxiliaresen el interior de la banda prohibida. Estos nuevos niveles contribuyen a laconduccin. Para obtenerlos se recurre al dopage o impurificacin del

semiconductor (por mtodos de difusin) con elementos trivalentes opentavalentes. La presencia de estas impurezas se traduce en el aumento delnmero de portadores de carga.


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Semiconductor extrnseco de tipo: n, p.

El germanio y Silicio, son materiales que no son buenos conductores de electricidad, peropuede modificar su comportamiento, para asi poder acentuar sus propiedades deconduccin mediantes una operacin llamada dopado.

El dopado consiste en introducir en su estructura unos pequesimos atomos de impureza(la relacin entre tomos de impureza y tomos semiconductores es del orden de una enun milln) .Si el numero de electrones de valencia de los tomos de la impureza (porejemplo antinomia, plomo, fosforo, etc) es mayor que el de los tomos de cristal puro, laimpureza se llamadonadora.

Un semiconductor de esas caractersticas se llama de tipo n. Si el nmero de electrones devalencia de los tomos de la impureza es menor que el de los tomos de cristal puro laimpureza se llama aceptora y habr una falta de electrones o huecos yse llama de tipo p.

Tipo n

Un semiconductor tipo n del Grupo IV-A se obtiene dopando al material intrnseco conelementos del Grupo V-A. Este nuevo material posee 1 de los 5 electrones de los tomosde las impurezas, sin ligar a ningn tomo (ya que las ltimas capas de los vecinos estncompletas con 8 electrones).La energa que le cuesta a esos electrones ligados a un solo tomo, para alcanzar la bandade conduccin, es muy pequea, y por lo tanto, pueden acelerarse con un potencialelctrico exterior y dejar el tomo al que pertenecen. Luego, a otro electrn prximo,

aunque est ligado le cuesta menos energa ocupar el nivel del anterior. Y assucesivamente se van moviendo y formando una corriente elctrica.

Tipo p

Un semiconductor tipo p del Grupo IV-A se obtiene dopando al material intrnseco conelementos del Grupo III-A. Debido a que los tomos de estas impurezas aportan unelectrn menos, queda alguna capa con 7 electrones de valencia (en vez de 8). A este"enlace sin realizar" es lo que se denomina "agujero".


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Entonces, cuando este material se somete a una diferencia de potencial elctrico, a loselectrones cercanos les cuesta menos energa dejar su enlace y pasar a uno similarocupando ese agujero. Pero al hacerlo, las cargas negativas que se mueven, dejan unnuevo agujero detrs. De este modo, el electrn de valencia que se movi dej detrssuyo otro agujero, que ser ocupado por otro electrn, y as sucesivamente.

Unin pn. Diodo

Al unir un semiconductor tipo P con uno de tipo N aparece una zona de carga espacial

denominada zona de transicin, que acta como una barrera para el paso de losportadores mayoritarios de cada zona.

Unin pn polarizada inversamente

Unin pn polarizada en directa


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Transistores.

El transistor es un dispositivo semiconductor de tres capas queconsiste de dos capas de material tipo n y una capa tipo p, o bien,de dos capas de material tipo p y una tipo n. al primero se le llama

transistor npn, en tanto que al segundo transistor pnp.

Caractersticas de los Transistores:

El consumo de energa es relativamente baja.

El tamao de los transistores es relativamentems pequea que los tubos de vaco.

El peso.

Una vida larga til (muchas horas de servicio).

Puede permanecer mucho tiempo en depsito(almacenamiento).

No necesita tiempo de calentamiento. Los transistores pueden reproducir el

fenmeno de la fotosensibilidad (fenmenos sensibles a la luz).

Evolucin del transistor: Diciembre de 1943Actualidad


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COMENTARIOS

El semiconductor es el material que revoluciono la electrnica y la tecnologa en elmundo, ya que dejo obsoleto al tubo de vaco y en la actualidad reemplazndolos portransistores (los cuales funcionan a base de un dispositivo semiconductor que cuenta con

tres terminales, los que son utilizados como amplificador e interruptor).

Con la invencin de un amplificador de Estado Slido en 1947, por Shockley, Bardeen, yBrattain, la posibilidad del aumento en la integracin en el mismo cristal es una realidad.En las ltimas dcadas, y hoy en da se aumenta el nmero de componentes que seintroducen en el mismo cristal. La industria microelectrnica es altamente rentable, perolas inversiones en desarrollo son tambin muy altas, lo que hace que las inversiones seanal largo plazo. Lo que hace que esta industria sea rentable es que su proceso defabricacin (Batch Processing) funcione correctamente. Esto hace que en cada chip sea de8mm de lado, que hace que en cada oblea tengamos de 120-130 circuitos.

Entre los buenos conductores y los aisladores existe una gran variedad de situacionesintermedias. Es de destacar entre ellas la de los materiales semiconductorespor suimportancia en la fabricacin de dispositivos electrnicos que son la base de la actualrevolucin tecnolgica. En condiciones ordinarias se comportan como malos conductores,pero desde un punto de vista fsico su inters radica en que se pueden alterar suspropiedades conductoras con cierta facilidad mejorando prodigiosamente suconductividad, ya sea mediante pequeos cambios en su composicin, ya seasometindolos a condiciones especiales, como elevada temperatura o intensailuminacin.


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CONCLUSIONES

Podemos concluir que un material semiconductor es el elemento cuya conductividadelctrica puede considerarse situada entre la de un aislante y la de un conductor.

Al considerar el efecto de impurezas que existen en los semiconductores elementalesextrnsecos, y cuando dopamos un material del grupo IV A (Si) con una impureza del grupoV A (P), se produce un semiconductor tipo n, en el cual dominan los portadores de carganegativa.

Un semiconductor tipo p se produce al dopar un material del grupo IV A con una impurezadel grupo III A (Al). Este ltimo va a tener un electrn faltante que produce un nivelaceptor en las estructuras de la banda y conduciendo a la formacin de portadores decarga positiva.

Algunas caractersticas elctricas que se necesitan para especificar un materialsemiconductor intrnseco son la separacin de la banda, movilidad del electrn, movilidaddel hueco y densidad del electrn de conduccin. En cambio para determinar lossemiconductores extrnsecos, se necesita especificar, el nivel donador (para un materialde tipo n) o nivel aceptor (para material de tipo p)


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BIBLIOGRAFA

Nombre: Ciencia De Materiales Para Ingenieros, Tercera Edicin.

Autor: James F. Shackelford

Editorial: Prentice Hall Hispanoamericana

Ao de edicin: 1995 Ficha bibliogrfica:

620.11S524cMECNICA

Ensayo_ Propiedades Mecanicas y Fisicas de Los Materiales

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