Propiedades electricas de los gasesPropiedades elctricas de los gases Un gas en estado normal, es decir, no expuesto a ningn' agente ionizante es un material aislante perfecto para todas las tensiones de servicio que estn por debajo de su rigidez dielctrica. Por diversas circunstancias, los gases pueden pasar de su estado dielctrico a su estado de conduccin, es decir, que se vuelven con- ductores. Entre estas circunstancias, se pueden citar: a) La proximidad de la llamas, de los arcos elctricos, de carbn o de metales incandescentes. a) La difusin en un espacio en que se produce o se ha producido recientemente, una descarga elctrica. c ) Al atravesar un espacio bajo la influencia de rayos X, de rayos catdicos, de radiaciones radiactivas o de luz ultravioleta de longitud de onda muy orta. Todas estas causas producen en los gases un estado llamado ioni- zacin o de existencia de iones libres mezclados con el gas, que provocan la conductividad elctrica de ste. La conduccin elctrica en un gas ionizado que aparentemente no sigue la Ley de Ohm, excepto si la fuerza electromotriz que acta sobre el gas es muy pequea. En la figura 96 se muestra la curva trrsin corriente de un gas ionizado, entre electrodos de armaduras paralelas. A bajas tensiones, en la regin de la curva comprendida entre O y 1, el gas acta como cual- quier otro conductor que siga la Ley de Ohm; en la regin compren-

dida entre 1 y 2, existe un estado de saturacin y un aumento de corriente muy pequeo con el aumento de tensin; finalmente, en la regin comprendida entre 2 y 3, el campo elctrico del gas se hace lo suficientemente elevado para provocar por s mismo la ionizacin y en esta regin, el aumento de corriente es mucho mayor que el correspondiente aumento de tensin. Cuando cesa la accin del agente ionizante, el gas sigue mante- niendo su conductividad elctrica durante cierto tiempo y, finalmente, desaparece completamente. Esto indica que...

Conduccin elctricaSaltar a: navegacin, bsqueda

La conduccin elctrica se asoci a metales.La conduccin elctrica es el movimiento de partculas elctricamente cargadas a travs de un medio de transmisin (conductor elctrico). El movimiento de las cargas constituye una corriente elctrica. El transporte de las cargas puede ser a consecuencia de la existencia de un campo elctrico, o debido a un gradiente de concentracin en la densidad de carga, o sea, por difusin. Los parmetros fsicos que gobiernan este transporte dependen del material en el que se produzca.La conduccin en metales y resistencias est bien descrita por la Ley de Ohm, que establece que la corriente es proporcional al campo elctrico aplicado. Se calcula la conductividad para caracterizar la facilidad con la que aparece en un material una corriente de densidad (corriente por unidad de rea) j, definida como:j = Eo por su recproco la resistividad :j = E / La conduccin en dispositivos semiconductores puede darse debido a una combinacin de campo elctrico (deriva) y de difusin. La densidad de corriente es entoncesj = E + D qnsiendo q la carga elctrica elemental y n la densidad de electrones. Los portadores se mueven en la direccin de decrecimiento de la concentracin, de manera que para los electrones una corriente positiva es resultado de una gradiente de densidad positivo. Si los portadores son "huecos", cmbiese la densidad de electrones n por el negativo de la densidad de huecos p.En los materiales linealmente anistropos, , y D son tensores.Contenido 1 Solidos (incluidos los slidos aislantes) 1.1 Metales 1.2 Semiconductores 1.3 Superconductores 2 Electrolitos 3 Gases y plasmas 4 Vaco

Solidos (incluidos los slidos aislantes)En los slidos cristalinos, los tomos interaccionan con sus vecinos, y los niveles de energa de los tomos individuales forman bandas. El hecho de que un material conduzca o no, viene determinado por su estructura de bandas y por la ocupacin de dichas bandas determinada por los niveles de Fermi. Los electrones, al ser fermiones, siguen el principio de exclusin de Pauli, por lo que dos electrones dentro de un mismo sistema de interacciones no pueden ocupar el mismo estado, lo cual significa que sus cuatro nmeros cunticos han de diferir. As los electrones en un slido rellenan bandas de energa hasta un cierto nivel, llamado la energa de Fermi. Las bandas que estn completamente llenas de electrones no pueden conducir la electricidad, porque no hay estados cercanos de energa a los que los electrones puedan saltar. Los materiales con todas las bandas llenas (la energa de Fermi es entre dos bandas) son aislantes. Sin embargo, en algunos casos, la teora de bandas falla y materiales que se predecan como conductores por la teora de bandas se vuelven aislantes. Los aislantes de Mott y los aislantes de transferencia de carga son dos clases de ejemplos.MetalesLos metales son buenos conductores de la electricidad y del calor porque tienen espacios sin rellenar en la banda de energa de valencia. (El nivel de Fermi marca una ocupacin slo parcial de la banda). En ausencia de campos elctricos, la conduccin elctrica se produce en todas direcciones a velocidades muy elevadas. Incluso a la temperatura ms fra posible - en el cero absoluto - la conduccin elctrica puede an darse a las velocidad de Fermi (la velocidad de los electrones con energa de Fermi). Cuando se aplica un campo elctrico, un ligero desequilibrio desarrolla un flujo de los electrones mviles. Los electrones de esta banda pueden verse acelerados por el campo porque hay multitud de estados cercanos sin rellenar en la banda.La resistencia en los metales se da por la dispersin de electrones desde defectos en el entramado o por fonones. El modelo de Drude representa una teora grosera clsica para metales sencillos, en el que la dispersin es caracterizada por un tiempo de relajacin . La conductividad viene entonces dada por la frmula:

donde n es la densidada de conduccin elctrica, e es la carga del electrn, y m es la masa del electrn. Un modelo mejor es el de la llamada teora semiclsica, en la cual el efecto de la potencial periodicidad del entramado sobre los electrones les dota de una masa efectiva (ref. teora de bandas).SemiconductoresEl nivel de Fermi en un semiconductor est situado de manera que est o lleno o vaco. Un slido que no tiene bandas parcialmente rellenas es un aislante, pero a temperaturas finitas, los electrones pueden ser excitados trmicamente desde la banda de valencia hasta la siguiente ms elevada, la [[banda de conduccin que est vaca. La fraccin de electrones excitada de esta manera depende de la temperatura y del salto entre bandas, que es la diferencia de energa entre las dos bandas. Al excitar estos electrones en la banda de conduccin se dejan atrs huecos cargados positivamente en la banda de valencia, que tambin pueden conducir la electricidad.En los semiconductores, las impurezas afectan ampliamente a la concentracin y al tipo de los portadores de cargas. Las impurezas donantes (de tipo n) tienen electrones de valencia extra con energas muy cercanas a las de la banda de conduccin que pueden ser fcilmente excitados trmicamente hacia la banda de conduccin. La impurezas aceptoras (de tipo p) capturan electrones desde la banda de valencia, facilitando la formacin de huecos. Si un aislante es dopado con suficientes impurezas, puede darse una transicin de Mott y que el aislante pase a ser conductor.SuperconductoresLos superconductores son conductores perfectos bajo una cierta temperatura crtica especfica para cada material y bajo un campo magntico. En los metales y en algunos otros materiales, se da una transicin a la superconductividad cuando se alcanzan bajas temperaturas (sub-criognicas). Mediante una interaccin en la que participan algunas otras partes del sistema (en los metales, los fonones), los electrones se emparejan en pares de Cooper. Los pares de Cooper bosnicos forman un superfluido que tiene resistencia cero. Vase la teora BCS.ElectrolitosLas corrientes elctricas en los electrolitos son flujos de iones elctricamente cargados. Por ejemplo, si se somete una disolucin de Na+ y Cl a un campo elctrico, los iones de sodio se movern de forma constante hacia el electrodo negativo (Ctodo), mientras que los iones de cloro se movern hacia el electrodo positivo (nodo). Si las condiciones son las correctas, se producirn reacciones redox en la superficie de los electrodos, liberando electrones el cloro y posibilitando que se absorban electrones en el sodio.El hielo de agua y ciertos electrolitos slidos llamados conductores de protones contienen iones positivos de hidrgeno que son de movimiento libre. En estos materiales, las corrientes elctricas estn compuestas por protones en movimiento (contrariamente a los electrones mviles que encontramos en los metales).En ciertas mezclas electrolticas, poblaciones de iones brillantemente coloreados forman las cargas elctricas en movimiento. La lenta migracin de esos iones a lo largo de una corriente elctrica es un ejemplo de situacin donde una corriente es directamente visible a los ojos humanos.Vase tambin: ElectrlisisGases y plasmasEn el aire y en otros gases corrientes por debajo del dominio de rotura, la fuente dominante de conduccin elctrica es a travs de un relativamente reducido nmero de iones mviles producidos por gases radioactivos, luz ultravioleta, o rayos csmicos. Dado que la conductividad elctrica es extremadamente baja, los gases son dielctricos o aislantes. Sin embargo, cuando el campo elctrico aplicado se aproxima al valor de rotura, los electrones libres alcanzan una aceleracin suficiente por parte del campo elctrico como para crear electrones libres adicionales mediante la colisin, y la ionizacin de los tomos o las molculas neutras del gas en un proceso llamado rotura en avalancha. El proceso de rotura forma un plasma que contiene un nmero significativo de electrones mviles y de iones positivos, por lo que se comporta como un conductor elctrico. En el proceso, se forma una senda conductiva que emite luz, como una chispa, un arco o un rayo.Un plasma es un estado de la materia donde algunos de los electrones de un gas han sido separados o "ionizados" de sus molculas o tomos. Un plasma puede formarse por altas temperaturas, o por la aplicacin de un campo elctrico o magntico intenso. Debido a su masas inferior, los electrones en un plasma aceleran ms la respuesta aun campo elctrico que los iones positivos de mayor peso, por lo que cargan con el grueso de la corriente.VacoDado que un vaco perfecto no contiene partculas cargadas, los vacos normalmente se comportan como aislantes perfectos (seran los mayores aislantes conocidos). Pese a ello, las superficies de los electrodos de metal pueden causar que una regin de vaco se convierta en conductora por la inyeccin de electrones libres o de iones a travs tanto de emisiones de campo como de emisiones terminicas. Las emisiones terminicas ocurren cuando la energa termal excede a la funcin trabajo, mientras que las emisiones tienen lugar cuando el campo elctrico en la superficie del metal es lo suficientemente elevado como para causar un efecto tnel, el cual desemboca en el lanzamiento de electrones libres desde el metal al vaco. Se suelen emplear electrodos calentados externamente para generar una nube de elecrones como en el filamento o en el ctodo calentado indirectamente de las vlvulas termoinicas. Los electrdos fros pueden tambin producir nubes de electrones espontneamente a base de emisiones termoinicas cuando se forman pequeas regiones incandescentes (llamadas puntos catdicos o puntos andicos). Estas son regiones incandescentes de la superficie del electrodoque son creadas por flujos de corriente localizadamente elevados. Pueden haberse iniciado por emisiones de campo, pero entonces son mantenidas por emisiones terminicas localizadas una vez que se ha formado el arco de vaco. Estas zonas de emisin de electrones se pueden formar muy rpidamente, incluso de forma explosiva, en superficies de metal sujetas a campos elctricos elevados. Las vlvulas termoinicas y los sprytrones son algunos de los interruptores electrnicos y de los dispositivos de amplificacin basados en la conductividad en el vaco.