Conductores, semiconductores y dieléctricos en un campo eléctrico.

En electricidad, se distinguen tres grupos principales de materiales: conductores, semiconductores y dieléctricos. Su principal diferencia es la capacidad de conducir corriente. En este artículo, veremos en qué se diferencian estos tipos de materiales y cómo se comportan en un campo eléctrico.

Que es un conductor

Una sustancia en la que están presentes los portadores de carga gratuita se llama conductor. El movimiento de los portadores libres se llama térmico. La característica principal de un conductor es su resistencia (R) o conductividad (G), el recíproco de la resistencia.

G = 1 / R

En términos simples, un conductor conduce corriente.

Estas sustancias incluyen metales, pero si hablamos de no metales, entonces, por ejemplo, el carbono es un excelente conductor, ha encontrado aplicación en contactos deslizantes, por ejemplo, en un cepillo de motor eléctrico. Suelo húmedo, soluciones de sales y ácidos en agua, el cuerpo humano también conduce corriente, pero su conductividad eléctrica es a menudo menor que la del cobre o el aluminio, por ejemplo.

Los metales son excelentes conductores debido a la gran cantidad de portadores de carga gratuita en su estructura. Bajo la influencia de un campo eléctrico, las cargas comienzan a moverse, y también a redistribuirse, se observa el fenómeno de inducción electrostática.

Que es un dieléctrico

Los dieléctricos son sustancias que no conducen corriente, ni conducen, pero muy mal. No tienen portadores de carga gratuita, porque el enlace entre las partículas del átomo es lo suficientemente fuerte para formación de portadores libres, por lo tanto, bajo la influencia de un campo eléctrico, la corriente en el dieléctrico no surge.

Gas, vidrio, cerámica, porcelana, algunas resinas, textolita, carbolita, agua destilada, madera seca, caucho son dieléctricos y no conducen corriente eléctrica. En la vida cotidiana, los dieléctricos son omnipresentes, por ejemplo, se utilizan para fabricar estuches para electrodomésticos, interruptores eléctricos, estuches para enchufes, enchufes, etc. En las líneas eléctricas, los aisladores están hechos de dieléctricos.

Sin embargo, en presencia de ciertos factores, por ejemplo, un mayor nivel de humedad, la intensidad del campo eléctrico es mayor. valor permisible y así sucesivamente - conducen al hecho de que el material comienza a perder sus funciones dieléctricas y se vuelve conductor. A veces puede escuchar frases como "avería del aislante": este es el fenómeno descrito anteriormente.

En resumen, las principales propiedades de un dieléctrico en el campo de la electricidad son el aislamiento eléctrico. Es la capacidad de prevenir el flujo de corriente lo que protege a una persona de lesiones eléctricas y otros problemas. La característica principal de un dieléctrico es su rigidez dieléctrica, un valor igual a su voltaje de ruptura.

Que es un semiconductor

Un semiconductor conduce una corriente eléctrica, pero no como los metales, pero bajo ciertas condiciones: la comunicación de energía a la sustancia en las cantidades requeridas. Esto se debe al hecho de que hay muy pocos o ningún portador de carga libre (huecos y electrones), pero si aplica una cierta cantidad de energía, aparecerán. La energía puede ser de varias formas: eléctrica, térmica. Además, los huecos y electrones libres en un semiconductor pueden surgir bajo la influencia de la radiación, por ejemplo, en el espectro UV.

¿Dónde se utilizan los semiconductores? Se utilizan para fabricar transistores, tiristores, diodos, microcircuitos, LED y más. Dichos materiales incluyen silicio, germanio, mezclas de diferentes materiales, por ejemplo, arseniuro de galio, selenio, arsénico.

Para comprender por qué un semiconductor conduce corriente eléctrica, pero no como los metales, debe considerar estos materiales desde el punto de vista de la teoría de bandas.

Teoría de zonas

La teoría de bandas describe la presencia o ausencia de portadores de carga gratuita en relación con ciertas capas de energía. El nivel de energía o capa se llama la cantidad de energía de los electrones (núcleos de átomos, moléculas, partículas simples), se miden en términos de Electrón voltios (EV).

La siguiente imagen muestra tres tipos de materiales con sus niveles de energía:

Tenga en cuenta que en el conductor, los niveles de energía desde la banda de valencia hasta la banda de conducción se combinan en un diagrama irrompible. La banda de conducción y la banda de valencia se superponen, esto se llama banda de superposición. Dependiendo de la presencia de un campo eléctrico (voltaje), temperatura y otros factores, la cantidad de electrones puede cambiar. Gracias a lo anterior, los electrones pueden moverse en los conductores, incluso si les dan una mínima cantidad de energía.

Un semiconductor tiene un cierto valor prohibido entre la banda de valencia y la banda de conducción. La banda prohibida describe cuánta energía debe impartirse al semiconductor para que fluya la corriente.

Para un dieléctrico, el diagrama es similar al que describe los semiconductores, pero la diferencia está solo en la banda prohibida; aquí es muchas veces mayor. Las diferencias se deben a la estructura y sustancia internas.

Analizamos los tres tipos principales de materiales y proporcionamos ejemplos y características. Su principal diferencia es la capacidad de conducir corriente. Por lo tanto, cada uno de ellos ha encontrado su propio campo de aplicación: los conductores se utilizan para transmitir electricidad, dieléctricos, para aislar partes vivas, semiconductores, para la electrónica. Esperamos que la información proporcionada le haya ayudado a comprender qué son los conductores, semiconductores y dieléctricos en un campo eléctrico, así como cuál es su diferencia.

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