Propiedades eléctricas de los materiales

	Autores: Fernanda Velazquez y Hernán Ferrari Responsable disciplinar: Silvia Blaustein Área disciplinar: Física Temática: Propiedades eléctricas de los materiales Nivel: Secundario, ciclo básico Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar

Propósitos generales

Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.

Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.

Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.

Introducción a las actividades

La capacidad de los materiales para conducir la electricidad depende de su estructura y de la interacción de los átomos que los componen. Las partículas que componen los átomos pueden tener distintos tipos de cargas, positivas (protones), negativas (electrones) y neutras (neutrones).

Cuando un material sólido puede conducir la electricidad, lo hace desde sus capas de electrones más externas. Los materiales sólidos conductores por excelencia son los metales, como el cobre, que poseen un único electrón en su última capa electrónica. En el caso de los semiconductores, es necesaria una inducción para arrancar electrones. El otro tipo de materiales sólidos en los que no es posible arrancar electrones son los llamados aislantes.

Los mecanismos de conducción eléctrica son muy diferentes en los llamados superconductores y en los líquidos. Los superconductores conducen la electricidad a muy bajas temperaturas en un estado cuántico macroscópico. En los líquidos, la conducción de la electricidad se realiza a través de electrolitos y la corriente es producida por el desplazamiento de átomos o moléculas completas ionizadas positivas o negativas.

Objetivos de las actividades

Que los alumnos:

1. Comprendan las propiedades eléctricas de los materiales.
2. Aprendan cómo se clasifican en función de las propiedades eléctricas.

Actividad 1: Materiales conductores de la electricidad: los metales

1. Miren el siguiente video sobre los conductores eléctricos y luego respondan el cuestionario.

Cuestionario:

a) ¿Qué propiedades tienen en común todos los metales?

b) ¿A qué se denomina conductividad eléctrica?

c) ¿Qué sucede con la carga eléctrica que se adiciona en un aislante?

d) ¿Qué sucede con la carga eléctrica que se adiciona en un conductor?

e) Realicen una descripción microscópica del comportamiento de un átomo, dos átomos metálicos y muchos átomos al formar un sólido. Para elaborar su explicación, pueden hacer capturas de pantalla del video visto.

f) ¿Cómo se denomina a los electrones que se mueven libremente en un metal?

g) ¿Qué sucede al acercar una carga positiva a un metal y cómo depende esto de un mayor acercamiento de la carga positiva?

h) Utilizando el procesador de textos, realicen un informe que incluya las distintas respuestas de la actividad y las conclusiones a las que hayan llegado.

Actividad 2: Materiales semiconductores

En el siguiente video sobre semiconductores se pueden observar qué son, qué características tienen y cuáles son sus propiedades. Luego, respondan las consignas que aparecen a continuación con el procesador de textos de sus equipos portátiles.

a) Escriban la definición de semiconductor.

b) ¿Qué parámetrohay que modificar para mejorar las propiedades conductoras de este tipo de materiales?

c) Expliquen qué tipo de estructura tienen, cómo son sus enlaces y cómo se encuentran dispuestos los electrones.

d) ¿Qué es necesario hacer para romper los enlaces covalentes de estos materiales?

e) Como consecuencia de la rotura de los enlaces covalentes de estos materiales se obtiene una corriente eléctrica. Expliquen cómo se denomina a los electrones libres y a los espacios vacíos que dejan.

f) ¿Cómo es la carga de los espacios vacíos?

g) Existen conductores de tipo P y N. Expliquen las características de cada uno y de qué forma se obtienen.

h) Se denomina uniones P-N a la unión de dos semiconductores de cada tipo. Expliquen qué tipo de portadores tiene cada uno y cuáles son los portadores mayoritarios de cada lado.

i) ¿Qué ocurre en la zona de unión de estos dos semiconductores?

j) ¿Cómo se logra la polarización de la unión P-N?

k) Depende de cómo se realice la polarización, podemos obtener un material conductor o aislante. Expliquen cómo ocurre esto.

Actividad 3: Materiales superconductores

Un superconductor es aquel material que pierde totalmente su resistencia al paso de la corriente.

En el siguiente video sobre la evolución de la superconductividad se puede observar la historia de estos sólidos tan particulares. A partir de esta información, resuelvan el siguiente cuestionario.

Cuestionario:

a) ¿Quién descubrió el fenómeno de la superconductividad?

b) ¿A partir de qué metal se realizaron los primeros estudios de estos materiales?

c) Los primeros materiales superconductores mostraban sus peculiares propiedades a muy bajas temperaturas. ¿Cuáles eran esas temperaturas y cómo se lograban?

d) ¿Qué sucede con la corriente en un anillo superconductor luego de un año de haber sido puesto en helio líquido?

e) ¿Qué problemática hizo que los superconductores no fueran económicamente viables?

f) Desde 1969 se comenzaron a estudiar otros materiales superconductores y la posibilidad de aumentar la temperatura en la que expresaban estas características. En 1986 dos científicos descubrieron un material muy particular y aumentaron significativamente las temperaturas en las que se manifestaba la superconductividad. Amplíen y expliquen esta información.

g) ¿Cuál es la expectativa para el futuro? ¿Qué se espera de los nuevos materiales y de las temperaturas de trabajo?

h) ¿Qué tipo de superconductores descubrieron Paul Müller y Johannes Georg Bednorz?

i) En 1987, Paul Ching-Wu Chu y su equipo encontraron superconductividad en materiales a mayores temperaturas. Expliquen qué tipo de problemas presentan los superconductores a temperaturas más elevadas.