1.Estructura de la materia, molécula, átomo, electrones, protones y neutrones.

• ESTRUCTURA DE LA MATERIA

La materia consiste de partículas extremadamente pequeñas agrupadas juntas para formar el átomo. Hay 92 ocurrencias naturales de estas agrupaciones de partículas llamadas elementos. Estos elementos fueron agrupados en la tabla periódica de los elementos en secuencia de acuerdo a sus números Atómicos y peso atómico. Hay además 14 elementos hechos por el hombre que no ocurren en la naturaleza, por lo que al final son unos 106 elementos Conocidos hasta la fecha. Estos elementos no pueden cambiarse por procesos químicos. Ellos solo pueden ser cambiados por reacción nuclear o atómica, sin embargo pueden ser combinados para producir el incontable número de compuestos con los que tropezamos día a día.

• Estructura de la molécula

En química, una molécula es una partícula formada por un conjunto de átomos ligados por enlaces covalentes o metálicos (en el caso del enlace iónico no se consideran moléculas, sino redes cristalinas), de forma que permanecen unidos el tiempo suficiente como para completar un número considerable de vibraciones moleculares. Constituye la mínima cantidad de una sustancia que mantiene todas sus propiedades químicas. Las moléculas lábiles pueden perder su consistencia en tiempos relativamente cortos, pero si el tiempo de vida medio es del orden de unas pocas vibraciones, estamos ante un estado de transición que no se puede considerar molécula. Hay moléculas de un mismo elemento, como O2, O3, N2, P4..., pero la mayoría de ellas son uniones entre diferentes elementos. Se habla de “moléculas monoatómicas”, pese a lo contradictorio de la expresión, al referirse a los gases nobles y a otros elementos en los casos en que se hallan en forma de átomos discretos.

• Estructura de átomo

Un átomo puede ser representado simbólicamente en un modelo que recrea nuestro sistema solar, el cual tiene en el centro el sol y los planetas girando en órbitas alrededor de él. Este modelo atómico, representado en la figura 1 fue propuesto por el físico Danés, Niels Bohr en 1913. Los mecanismos cuánticos actuales han demostrado que este modelo no es exactamente correcto, pero sigue siendo útil para la visualización de átomo. El centro del átomo se llama núcleo y está principalmente formado por las partículas llamadas Protones y Neutrones, los que constituyen la mayoría de la masa del átomo.

• Estructura de los electrones
  
  

El electrón (Del griego ελεκτρον, azul), comúnmente representado como "e", es una partícula subatómica o partícula elemental de tipo fermiónico. En un átomo los electrones rodean el núcleo, compuesto únicamente de protones y neutrones.Los electrones tienen una masa pequeña respecto al protón, y su movimiento genera corriente eléctrica en la mayoría de los metales. Estas partículas desempeñan un papel primordial en la química ya que definen las atracciones con otros átomos.

2.Conductores, aislantes y semiconductores en función del estado de los electrones en los cuerpos materiales.

• CONDUCTORES
  
  
  Esquema de la estructura interna de un material conductor
  

Son materiales que conducen la corriente eléctrica con facilidad. Generalmente son metales (cobre, aluminio...). Los metales son materiales sólidos constituidos por un bloque interior muy compacto, formado por núcleos atómicos, rodeados por una especie de «nube» de electrones. Los electrones que configuran esta nube se encuentran desligados de sus átomos, es decir, se trata de electrones « libres » que pueden moverse fácilmente.Esta facilidad de movimiento es la razón por la que los metales son buenos conductores de la corriente eléctrica, pues los electrones se pueden desplazar fácilmente a través de ellos.

• AISLANTES
  
  Esquema de un material aislante

Son materiales que no conducen la corriente eléctrica, es decir, no permiten que los electrones se desplacen a través de ellos. Esto se debe a que en estos materiales todos los electrones se encuentran fuertemente ligados a sus átomos respectivos, ya que forman parte de los enlaces atómicos que configuran su estructura interna. En consecuencia, los electrones no se pueden mover, es decir, no existen electrones libres, y esto impide que pueda pasar la corriente eléctrica a través del material aislante.

• SEMICONDUCTORES

Los semiconductores

-Los materiales se comportan de modo diferente según su capacidad para transportar la corriente eléctrica. Basándose en este comportamiento, los diferentes tipos de materiales existentes se pueden clasificar en conductores, aislantes y semiconductores, que constituyen la base de los dispositivos electrónicos.
Son materiales que presentan unas características intermedias entre los conductores y los aislantes. En condiciones normales son aislantes y no dejan pasar la corriente eléctrica, pero bajo ciertas circunstancias, si reciben energía externa, pueden pasar a ser conductores. Los materiales semiconductores pueden ser intrínsecos o extrínsecos.

Semiconductores intrínsecos
Los principales materiales que presentan propiedades semiconductoras son elementos simples, como el silicio (Si) y el germanio (Ge).
Estos elementos son tetravalentes, es decir, tienen cuatro electrones de valencia, y forman enlaces covalentes en los que comparten estos electrones con los átomos vecinos. El enlace covalente mantiene «anclados» a los electrones e impide su desplazamiento, por lo que da lugar a materiales que no pueden conducir la corriente eléctrica.

Semiconductores extrínsecos

Los semiconductores intrínsecos presentan una conductividad muy baja, por lo que se han buscado métodos para aumentar su valor. Esto ha dado lugar al desarrollo de los semiconductores extrínsecos.También podemos conseguir que un material semiconductor se convierta en conductor aportándole las cargas eléctricas necesarias para que pueda conducir la corriente eléctrica. Esto se logra introduciendo impurezas en el material, mediante un proceso denominado dopado, y en este caso hablamos de conducción extrínseca.

4.Tabla de resistividades de materiales, tabla de conductores y tabla de clasificación de aislantes.

TABLA DE RESPUESTAS DE LOS EJERCICIOS

DESARROLLO DE CADA PUNTO:

1).
RTA: 0,028 Ω


2).
RTA: 0,008 Ω


3).

a) Plata. 1.47 x 10-8
b) Tungsteno. 5.25 x 10-8
c) Cobre puro. 1.72 x 10-8
d) Carbono. 3.5 x 10-5
e) Platino. 10.6 x 10-8
f) Nilón. 10-12 (m·ohm )-1
g) Mica. 1011 -1015


RTA:

Plata. 7,35 x 10-8 Ω
Tungsteno. 2,625 x 10-7 Ω
Cobre puro. 8,6 x 10-8 Ω
Carbono. 1,75 x 10-4 Ω
Platino. 5,3 x 10-7 Ω
Nilón. 4,96 x 10-10 Ω
Mica. 5x1011 5x1015


4)
RTA:



5) Determinar la conductibilidad de:

La conductividad es la inversa de la resistividad, por tanto , y su unidad es el S /m (siemens por metro)



a) Plata. 1.47 x 10-8
b) Tungsteno. 5.25 x 10-8
c) Cobre puro. 1.72 x 10-8
d) Mica. 1011 -1015
e) Placa de vidrio. 1010 - 1014


RTA:

a) Plata. = 68,027 siemens
b) Tungsteno. = 1,90476 siemens
c) Cobre puro. = 58,139 siemens
d) Mica. = h=1x10-11 h= 1 x 10-15
e) Placa de vidrio. = h=1x10-10 siemens h=1x10-14 siemens



6) Determinar la conductancia de:


donde:
G = Conductancia en Siemens R = Resistencia en Ohmios



A) Plata. 0,0164
b) Tungsteno. 5.25 x 10-8
c) Cobre puro. 0.0172
d) Carbono. 3.5 x 10-5
e) Platino. 0,1050
f) Nilón. 10-12 (m·ohm )-1
h) Mica. 1011 -1015




RTA:

a) Plata. G = 60,97
b) Tungsteno. G =
c) Cobre puro. G = 5813
d) Carbono. 3.5 x 10-5
e) Platino. G = 5813
f) Nilón. 10-12 (m·ohm )-1
g) Mica. G = 9,52


7)
RTA:
5.315X10-5 Ω


8)
RTA:
L = 2.5 X10-3
L = 0,025 MTS

9)
RTA:
L = 29,06 MTS


10)
RTA:
D = 0,435 mm2

11)
RTA:
R = 0,01959 Ω

12)
RTA:
R = 0,0172 Ω


13) Determinar la conductancia
RTA:
a) 50 KΩ, G= 1/50 KΩ G=2X10-5 S/m
b) 465 Ω, G= 1/465 Ω G=2,15X10-3 S/m
c) 0,018 Ω, G= 1/0,018Ω G=2X10-5 S/m
d) 0,00040 Ω, G= 1/0,00040Ω G=2,55 S/m
e) 52 MΩ. G= 1/50 KΩ G=2X10-5 S/m



14) Determinar la conductancia
RTA:
A) 0,0041 S R= 1/0,0041 S = 243,90 Ω
B) 3,25 S R= 1/3,25 S = 0,307 Ω
C) 180,55 S R= 1/180,55 S = 553x10-3 Ω
D) 1000 S R= 1/1000 S = 1x10-3 Ω
E) 400 ms R= 1/400 mS = 2,5 Ω