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Átomos - Introducción
La humanidad siempre se ha preguntado de qué está hecho un cuerpo u objeto. La pregunta tiene sentido, porque podemos coger un grano de arena, por ejemplo, y dividirlo tantas veces como queramos, y seguirá siendo un grano de arena. ¿Cuál es entonces la unidad básica que forma todas las cosas?
Primero, responde la siguiente pregunta: ¿de qué está hecho tu cuerpo? Podría responder que está formado por diferentes órganos (como el corazón, el estómago y los ojos) que trabajan juntos para mantener el cuerpo en funcionamiento.
También puedes utilizar una “Lupa” y ampliar la imagen hasta tal punto que verás que tu cuerpo está formado por elementos mucho más pequeños, que son células.
Sigue ampliando la imagen y verás que las células están formadas por moléculas.
Si fuera posible ampliar la imagen cada vez más, tu cuerpo -y de hecho, todo lo que existe- está compuesto de átomos. Sólo a principios del siglo pasado los científicos respondieron a la pregunta: "¿Cuál es la unidad básica que forma todas las cosas?" Los átomos.
Elementos y Materia
Elementos : toda la materia está formada por sustancias llamadas elementos, que tienen propiedades físicas y químicas específicas y no se pueden dividir en otras sustancias.
El hidrógeno, por ejemplo, es un elemento y el oxígeno es otro. Cada elemento se designa por su símbolo químico, que es una única letra mayúscula o, cuando la primera letra ya "existe" para otro elemento, una combinación de dos letras. En el ejemplo anterior tenemos H para Hidrógeno y O para Oxígeno.
Materia : la materia se compone de un elemento o de la combinación de varios elementos. En el caso anterior, 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno forman agua, representada por (fórmula química) H2O
Átomo - Módulo 1.1
Electrónica analógica
Introducción a la estructura del átomo
Electrones y protones
La estructura del átomo.
Un átomo es la unidad más pequeña de materia, como se ha visto.
En el caso del agua, por ejemplo, podemos separar el Oxígeno del Hidrógeno, pero no hay manera de dividir aún más ninguno de los dos elementos por separado.
Un átomo está formado por dos regiones. El primero es el pequeño núcleo atómico , que está en el centro del átomo y contiene partículas cargadas positivamente llamadas protones y partículas neutras sin carga llamadas neutrones . La segunda región, mucho más grande, está formada por órbitas, o capas, en las que orbitan los electrones, partículas cargadas negativamente (Figura 1).
Para nuestro estudio, esto es todo lo que necesitamos saber sobre los átomos, destacando, sin embargo, que el modelo presentado en la figura 1 es el que mejor muestra didácticamente el átomo, tanto para el estudio de la electrónica como de la química, sin embargo, ya lo sabes. Se sabe que los electrones no orbitan alrededor del núcleo, sino que forman una nube a su alrededor, y que dentro del núcleo hay muchas otras partículas, además del Protón y el Neutrón.
Iones y conductividad
Los átomos tienen carga neutra (el número de electrones es igual al número de protones), sin embargo, bajo ciertas condiciones pueden convertirse en:
Iones positivos : el átomo ha perdido electrones, por lo que su carga predominante es positiva: más protones que electrones.
Iones negativos : el átomo ha ganado electrones, por lo tanto su carga predominante es negativa: menos protones que electrones.
Cuanto mayor sea el número de electrones libres, mayor será su conductividad, es decir, su capacidad para conducir corriente eléctrica.
Electrones y protones
Los electrones orbitan en capas alrededor del núcleo. El átomo de Hidrógeno al tener solo 1 electrón necesita una sola capa, mientras que el átomo de Oxígeno con 5 electrones necesita dos capas (Figura 2). Esto sucede porque cada capa tiene un número máximo de electrones obedeciendo una determinada regla, y hay 7 capas posibles en total.
En un átomo estable, la cantidad de electrones es igual a la cantidad de protones (Figura 2). Esto configura un átomo estable (llamado equilibrado), que es la condición normal en la que suele encontrarse el átomo.
electrón de valencia
Sin embargo, bajo ciertas condiciones, un electrón (llamado electrón libre o electrón de valencia) puede “liberarse” de su última órbita y moverse hacia otro átomo inestable que “necesita” un electrón. Los átomos inestables se llaman iones.
Sólo los electrones de la última capa tienen la libertad de participar en los fenómenos químicos o eléctricos, además, sólo algunos elementos tienen esta propiedad. Ver figura 3.
Sólo los electrones se mueven, los protones permanecen quietos en el núcleo.
Iones y conductividad
Los átomos tienen carga neutra (el número de electrones es igual al número de protones), sin embargo, bajo ciertas condiciones pueden convertirse en:
Iones positivos : el átomo ha perdido electrones, por lo que su carga predominante es positiva: más protones que electrones.
Iones negativos : el átomo ha ganado electrones, por lo tanto su carga predominante es negativa: menos protones que electrones.
Cuanto mayor sea el número de electrones libres, mayor será su conductividad, es decir, su capacidad para conducir corriente eléctrica.
Tipos de materiales
Podemos dividirlos en tres tipos:
Materiales conductores
Es aquel formado por elementos (como hierro, cobre), en el que los electrones fluyen (corriente eléctrica) con facilidad.
En general, los metales son buenos conductores (figura 4)
Cuanto mayor sea la corriente eléctrica (lo veremos en el siguiente apartado), más grueso debe ser el cable, por eso disponemos de cables de varios diámetros.
Materiales aislantes
Es aquel formado por elementos, o materiales (como caucho, vidrio, cerámica), en los que los electrones tienen dificultad para fluir.
Los aislantes no tienen electrones libres, por lo tanto no conducen. Se utilizan precisamente donde no se desea que haya corriente eléctrica. El aislante en un cable eléctrico común es necesario para evitar descargas eléctricas.
Para altas tensiones, un tipo de aislante muy utilizado es el cerámico, como se ve en la figura 5.
Están diseñados para soportar fácilmente altos voltajes y no permiten que el campo eléctrico generado provoque descargas (chispas) entre los cables y la torre metálica. Estos aisladores también deben ser resistentes, para que soporten el peso de los cables.
Materiales semiconductores
Es un tipo de material que se encuentra entre los dos tipos de material descritos anteriormente.
Son fundamentales en la electrónica actual.
Los elementos Silicio y Germanio son semiconductores, utilizados en la fabricación de Circuitos Integrados (Chips), transistores, diodos, etc.
En la figura 6
Todos estos tipos de componentes (Diodos, transistores y muchos otros) utilizan Silicio (posiblemente Germanio) en su proceso de fabricación. Sin ellos, no existiría la industria electrónica moderna. En el curso estudiaremos estos componentes en detalle.
Carga elétrica – simbolizada por Q
A carga elétrica de um elétron e a de um próton são iguais em valor (magnitude), mas opostas em sinal.
A carga elétrica é uma propriedade elétrica da matéria.
Por exemplo, se um material possui mais prótons do que elétrons, dizemos que ele está positivamente carregado (lembre-se que prótons são positivos, elétrons negativos), caso contrário, estará negativamente carregado.
A eletricidade estática, é quando um material está carregado positivo ou negativamente. Essa eletricidade estática se apresenta de forma invisível, mas, pode-se tornar visível quando, por exemplo, nos aproximamos desse material, e os nossos cabelos, são puxados de forma “fantasmagórica”. Pesquise na Internet e você verá vários vídeos demonstrando isso.
Propriedades da Carga elétrica
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Cargas de polaridade oposta são atraídos uns pelos outros;
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Cargas de mesma polaridade são repelidas, Figura 7.
