5.1 Propiedades eléctricas y magnéticas
Cada uno de los cuales tienen distintas propiedades debido a su estructura y su composición. Las propiedades de cada uno de los materiales varían de acuerdo a su fuerza de enlace (energía de enlace), disposición atómica y empaquetamiento de átomos en cada sólido.
Estas propiedades sirven para el diseño de estructuras y maquinarias en la ingeniería y en el día a día. Es importante establecer que al mismo tiempo que existen distintos tipos de materiales, existen también para cada uno de ellos, diferentes tipos de propiedades. Las propiedades principalmente frecuentadas en la ingeniería de los materiales son:
- Propiedades eléctricas: basadas en como reacciona un material ante un campo eléctrico.
- Propiedades magnéticas: basada en el comportamiento de un material en presencia de un campo magnético.
5.1.1. Propiedades eléctricas de los materiales.
Las Propiedades eléctricas de los materiales son las que determinan el comportamiento de un determinado material al pasar por él la corriente eléctrica. En líneas generales, la Conductividad es la propiedad que tienen los materiales para transmitir la corriente eléctrica, y la Resistividad es la resistencia que ofrecen al paso de dicha corriente.
En función de sus propiedades eléctricas, los materiales pueden ser:
Aislantes: Son los que No permiten fácilmente el paso de la corriente a través de ellos, por ejemplo la cinta aislante para cables.
Conductores: Son los que permiten fácilmente el paso de la corriente a través de ellos, por ejemplo los cables eléctricos.
Semiconductores: Son los que permiten el paso de la corriente a través de ellos sólo en determinadas condiciones o por debajo de una temperatura determinada. Están constituidos por silicio o germanio, con aditivos como arsénico, aluminio, fósforo, galio, boro. Son la base de todos los componentes electrónicos.
Las bandas de energía en un semiconductor se dividen en dos grupos :
- Banda de Valencia: Los electrones en la banda de valencia están ligados a los átomos del semiconductor.
- Banda de Conducción: Los electrones en la banda de conducción están libres y pueden moverse por el semiconductor.
La separación entre la banda de valencia y la de conducción es llamada Separación de Energía , y en esta región no hay niveles de energía de los electrones. Si un electrón de la banda de valencia tiene suficiente energía, puede "saltar" a la banda de conducción superando la diferencia de energía entre las dos bandas.
5.1.3. Conductividad eléctrica.
Los metales son buenos conductores eléctricos en general, ya que su estructura interna es ordenada y los electrones no se encuentran sujetos a un átomo determinado. Sin embargo la madera o los materiales cerámicos, por ejemplo, son malos conductores eléctricos, es decir, tienen altas resistividades. Esto es debido a que los electrones de sus átomos no tienen apenas movilidad.
5.1.4. Estructura de bandas semiconductoras.
5.1.5. Semiconductores intrínsecos.
Se refiere a un semiconductor puro que está completamente libre de impurezas y defectos de red y, en general, un semiconductor cuya conductividad eléctrica está determinada principalmente por la excitación intrínseca del material. Sus concentraciones internas de electrones y huecos son iguales.
5.1.6. Semiconductores Extrínsecos.
El semiconductor extrínseco es el resultado de introducir átomos de otros elementos a fin de que el semiconductor primitivo pierda su pureza y gane en conductividad. Este proceso de impurificación se conoce como “dopaje”.
5.1.7. Conceptos generales de magnetismo.
ANISOTROPÍA: La anisotropía magnética es la no homogeneidad de las propiedades magnéticas (como la susceptibilidad magnética) al ser medidas en diferentes direcciones del espacio
DENSIDAD DE FLUJO: La cantidad de magnetismo inducido en una material mediante un campo magnético (H) se denomina densidad de flujo (B).
FLUJO: Se define el flujo de un campo de fuerzas matemáticamente como la integral sobre una superficie de la componente normal a la misma del vector campo.
HISTÉRESIS: Cuando un material ferromagnético es magnetizado en una dirección, y su inducción residual no vuelve a cero cuando el campo magnetizante impuesto se anula. Debe ser llevado de nuevo a cero por un campo magnético en la dirección opuesta. Si aplicamos un campo magnético variable y alterno a este material ferromagnético, sus valores magnéticos trazarán un circuito llamado ciclo de histéresis.
ISOTROPICO: La isotropía magnética es la homogeneidad de las propiedades magnéticas (como la susceptibilidad magnética) al ser medidas en diferentes direcciones del espacio.
PERDIDA IRREVERSIBLE: Perdida irreversible que experimenta un imán a causa de una variación en la temperatura de trabajo o a causa de campos desmagnetizantes. En algunos casos las características iniciales pueden ser recuperadas al volver a reimantar el imán.
POLO NORTE: Polo magnético de un imán o de una brújula que es atraído por el polo NORTE de la tierra.
POLO SUR: Polo magnético de un imán o de una brújula que es atraído por el polo SUR de la tierra.
REMANENCIA (Br): es la capacidad de un material para retener el magnetismo que le ha sido inducido.
SATURACION: Es el valor máximo de la intensidad de campo magnético inductor por encima del cual un material ferromagnético no mejora sus características.
TEMP. DE CURIE: Se denomina temperatura de Curie (en ocasiones punto de Curie) a la temperatura por encima de la cual un cuerpo ferromagnético pierde su magnetismo, comportándose como un material puramente paramagnético.
TEMP. MAX. DE TRABAJO: Es la temperatura máxima a la que un imán puede estar sometido durante su trabajo sin menoscabo significativo de sus características magnéticas.
5.1.8 Tipos de comportamiento magnético.
ANISOTROPÍA: La anisotropía magnética es la no homogeneidad de las propiedades magnéticas (como la susceptibilidad magnética) al ser medidas en diferentes direcciones del espacio
DENSIDAD DE FLUJO: La cantidad de magnetismo inducido en una material mediante un campo magnético (H) se denomina densidad de flujo (B).
FLUJO: Se define el flujo de un campo de fuerzas matemáticamente como la integral sobre una superficie de la componente normal a la misma del vector campo.
HISTÉRESIS: Cuando un material ferromagnético es magnetizado en una dirección, y su inducción residual no vuelve a cero cuando el campo magnetizante impuesto se anula. Debe ser llevado de nuevo a cero por un campo magnético en la dirección opuesta. Si aplicamos un campo magnético variable y alterno a este material ferromagnético, sus valores magnéticos trazarán un circuito llamado ciclo de histéresis.
ISOTROPICO: La isotropía magnética es la homogeneidad de las propiedades magnéticas (como la susceptibilidad magnética) al ser medidas en diferentes direcciones del espacio.
PERDIDA IRREVERSIBLE: Perdida irreversible que experimenta un imán a causa de una variación en la temperatura de trabajo o a causa de campos desmagnetizantes. En algunos casos las características iniciales pueden ser recuperadas al volver a reimantar el imán.
POLO NORTE: Polo magnético de un imán o de una brújula que es atraído por el polo NORTE de la tierra.
POLO SUR: Polo magnético de un imán o de una brújula que es atraído por el polo SUR de la tierra.
REMANENCIA (Br): es la capacidad de un material para retener el magnetismo que le ha sido inducido.
SATURACION: Es el valor máximo de la intensidad de campo magnético inductor por encima del cual un material ferromagnético no mejora sus características.
TEMP. DE CURIE: Se denomina temperatura de Curie (en ocasiones punto de Curie) a la temperatura por encima de la cual un cuerpo ferromagnético pierde su magnetismo, comportándose como un material puramente paramagnético.
TEMP. MAX. DE TRABAJO: Es la temperatura máxima a la que un imán puede estar sometido durante su trabajo sin menoscabo significativo de sus características magnéticas.
Existen diversos tipos de comportamiento de los materiales magnéticos, siendo los principales el ferromagnetismo, el diamagnetismo y el paramagnetismo.
- Los materiales ferromagnéticos tienen algunos electrones desapareados en sus átomos y, por lo tanto, generan un campo magnético neto, aunque muy débil. Esto se debe a que los átomos individuales o grupos de átomos, conocidos como dominios magnéticos, están alineados aleatoriamente anulándose entre sí.
- En los materiales diamagnéticos, la disposición de los electrones de cada átomo es tal, que se produce una anulación global de los efectos magnéticos. Sin embargo, si el material se introduce en un campo inducido, la sustancia adquiere una imantación débil y en el sentido opuesto al campo inductor.
- Los materiales paramagnéticos no presentan la anulación global de efectos magnéticos, por lo que cada átomo que los constituye actúa como un pequeño imán. Sin embargo, la orientación de dichos imanes es, en general, arbitraria, y el efecto global se anula.
5.1.9. Materiales magnéticos duros y blandos.
- Los materiales ferromagnéticos tienen algunos electrones desapareados en sus átomos y, por lo tanto, generan un campo magnético neto, aunque muy débil. Esto se debe a que los átomos individuales o grupos de átomos, conocidos como dominios magnéticos, están alineados aleatoriamente anulándose entre sí.
- En los materiales diamagnéticos, la disposición de los electrones de cada átomo es tal, que se produce una anulación global de los efectos magnéticos. Sin embargo, si el material se introduce en un campo inducido, la sustancia adquiere una imantación débil y en el sentido opuesto al campo inductor.
- Los materiales paramagnéticos no presentan la anulación global de efectos magnéticos, por lo que cada átomo que los constituye actúa como un pequeño imán. Sin embargo, la orientación de dichos imanes es, en general, arbitraria, y el efecto global se anula.
%209.56.50%E2%80%AFa.m..png)