VARIACION DE LA CONDUCTIVIDAD Marzo de 2012

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Introduccin.

Conductividad.

La conductividad elctrica es la capacidad de un cuerpo o medio para

conducir la corriente elctrica, es decir, para permitir el paso a travs de las

partculas cargadas, bien sean los electrones, los transportadores de carga en

conductores metlicos o semimetalicos, o iones, los que transportan la carga en

disoluciones de electrolitos. (Fuente: Wikipedia).

La conductividad elctrica y la temperatura.

Metales.

Los metales son buenos conductores de la electricidad y del calor, debido

principalmente a que tienen espacios sin rellenar en la banda de valencia. Estos

espacios sin rellenar en la banda de valencia, facilita el libre movimiento de los

electrones, favoreciendo con ello, la conduccin elctrica.

De esta forma, cuando un trozo de metal se somete a una diferencia de

potencial, los electrones entran por el terminal negativo, desplazando los

electrones libres, de manera que salgan por el terminal positivo. Esto produce un

flujo de carga elctrica a travs del metal, denominada corriente elctrica. Sin

embargo, este desplazamiento de cargas no ocurre libremente. Estos electrones

libres encuentran obstculos en su camino (los propios ncleos del metal junto con

sus electrones). La resistencia que oponen estos ncleos al paso de los electrones,

se manifiesta en el hecho que al fluir estos, el metal se calienta. En cada choque, el

electrn cede parte de su energa cintica al ncleo que vibra como un resorte

alrededor de su posicin. Estas vibraciones reflejan la energa perdida por las

colisiones de los electrones con los ncleos y se manifiestan en forma de calor.

Esto sugiere entonces, que si enfriamos los conductores metlicos, el paso

de los electrones libres entre los ncleos encontrara menos resistencia, y por lo

tanto fluirn con mayor agilidad. Por lo tanto, la conductividad de un metal

aumenta si disminuimos su temperatura.

A partir de esta ltima cuestin, la comunidad cientfica ha luchado por

demostrar si esta disminucin de temperatura tiene un lmite o no. Esta rama de la

fsica, se la conoce como el estudio de superconductores. Desde que en 1911,

Onnes1 hubiera conseguido medir la resistencia elctrica del mercurio a una

temperatura de 4,2K, obteniendo valores extremadamente cercanos a cero, esta

rama de la fsica, ha intentado encontrar el superconductor. Hoy en da se conocen

ms de mil aleaciones y otros compuestos que exhiben esta propiedad.

1 Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926), fsico neerlandes, descubridor de la superconductividad y galardonado con el Nobel de fsica en 1913.

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Semiconductores.

Los semiconductores son materiales que

tienen una conductividad intermedia entre los

conductores y los aislantes. Este rango intermedio

corresponde a separaciones entre bandas de

energa de menos de 2eV. En un semiconductor

simple tanto los electrones de conduccin como los

huecos electrnicos son portadores de carga. En el caso del Silicio puro, el nmero

de electrones de conduccin es igual al nmero de huecos electrnicos. Los

semiconductores elementales puros de este tipo se denominan intrnsecos.

Mientras que a los semiconductores dopados o con impurezas, se los denomina

extrnsecos.

Se a comprobado, que la conductividad de los

semiconductores, depende de la concentracin y de la

movilidad de los electrones. Estas dos magnitudes son

resultados de procesos fsicos diferentes que dependen a

su vez, de la temperatura. El resultado final, es que la

influencia de la temperatura, no solo modifica los valores

numricos de la densidad de electrones y de la movilidad,

sino que define las condiciones en las que tiene lugar la

conduccin.

Como se puede ver en la grafica anterior, o en la grafica siguiente, al variar

la temperatura varias decenas de grados (kelvin), la conductividad cambia muchos

rdenes de magnitud. En la grafica siguiente, se representa la conductividad del

Silicio puro, as como dopado (al 0,0052% B y 0,0013% B).

A pesar de la concentracin (dopado) tan

pequea de Boro, se observa una gran diferencia

en cuanto a conductividad. A pesar de ver

relativamente cercanas las dos curvas, hay que

observar, que los rangos de la tabla son

logartmicos, por lo que esta cercana es solo a

modo de representacin. En realidad el Silicio con

0,0052% de Boro, esta seis veces por encima del

mismo dopado pero a 0,0013%.

Tambin puede observarse, que las ramas

extrnsecas, son cncavas hacia abajo y marcan

un mximo cercano a la temperatura ambiente

(temperatura de funcionamiento de los dispositivos).

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La conductividad trmica y la temperatura.

La conductividad trmica es una propiedad fsica de los materiales que

mide la capacidad de conduccin del calor. En otras palabras, la conductividad

trmica es tambin la capacidad de una sustancia de transferir la energa cintica

de sus molculas a otras adyacentes o a substancias con las que est en contacto.

La conduccin de calor en los materiales implica dos mecanismos

principales, las vibraciones atmicas y la conduccin de electrones libres. En el

caso de los malos conductores elctricos, como los cermicos y los polmeros, la

energa trmica es transportada principalmente mediante vibracin de los tomos.

Para los metales, elctricamente conductores, las energa cintica de los electrones

de conduccin (o libres) puede ser un mecanismo de conduccin de calor ms

eficiente que las vibraciones atmicas.

Como se ha visto anteriormente, una caracterstica de la conduccin

elctrica es que el electrn puede verse como una onda o como una partcula

(teora corpuscular). Por su naturaleza ondulatoria, cualquier desorden estructural

interfiere en el movimiento de la onda. Al aumentar la vibracin de la red cristalina

a medida que aumenta la temperatura, generalmente se disminuye la

conductividad trmica. De forma similar, el desorden estructural creado por las

impurezas qumicas da como resultado un descenso de la conductividad trmica.

En consecuencia, las aleaciones metlicas tienen a presentar menor conductividad

trmica que los metales puros.

Bibliografa

A continuacin se exponen las fuentes consultadas para la realizacin de

este trabajo.

1.- Wikipedia: Conductividad (elctrica) (2012)

(es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctrica).

2.- Introduccin a la ciencia de materiales para ingenieros de James F.

Shackelford. Editorial: Pearson. (2005).

3.- Introduccin a la ciencia de los materiales de William D. Callister, Jr.

Editorial: Reverte. (2007).

4.- Textos Cientficos: El enlace en los metales (2006)

(www.textoscientificos.com/quimica/inorganica/enlace-metales).