Página 41 - Coordinación de Servicios de Información

f.lectrÓniCII fisica
les son las siguientes: La resistividad eléctrica cae
a cero a la temperatura Te, y no se disipa calor.
Como tienen resistencia cero, es posible obte·
ner solenoides con campo magnético elevado y
gran densidad de corriente. Con un solenoide de
hilo de ciertas aleaciones superconductoras pue·
den obtenerse campos magnéticos superiores a
10 webers/m 2 sin disipar potencia, en contraste
con los solenoides convencionales de Cu o Ag,
que operan a temperatura ambiente y que disi·
pan una cantidad enorme de calor al producir un
campo de 10 webers/m 2. Esto significaría, ade·
más, obtener un gran ahorro en las líneas de
transmisión de potencia eléctrica.
Los superconductores son materiales diamag·
néticos perfectos (véase al respecto la sección
Propiedades ópticas y magnéticas), pues no son
penetrados por los campos magnéticos. El eleva·
do d iamagnetismo de los superconductores
ofrece la posibilidad de soportar cargas median·
te un campo magnético. De este modo se pueden
conseguir cojinetes sin fricción para equipos ro·
tatorios.
La superconductividad puede eliminarse a
temperaturas menores de Te, por medio de un
campo magnético intenso.
AISLANTES
Los aislantes usualmente se caracterizan por
átomos unidos con enlaces iónicos, como la sal
de mesa, o por enlace covalente, como los polí·
meros o el óxido de silicio. Sus propiedades
mecánicas se caracterizan por una gran fragili·
dad y gran resistencia a la compresión. Usual·
mente son malos conductores de la electricidad
excepto a muy altas temperaturas o en solución,
donde los materiales iónicos se disocian dando
lugar a eleetrolitos. También son, por lo general,
malos conductores del calor, excepción hecha de
ciertos aislantes que conducen el calor sin em·
plear electrones sino vibraciones atómicas,
como el diamante (mejor conductor térmico que
los metales a ciertas temperaturas) o algunos
óxidos metálicos.
El estudio de los sólidos iónicos no tiene gran
importancia en este curso, pero nos permite un
40
buen acceso a las estadísticas de procesos colec·
tivos, o mejor dicho, al estudio de los sólidos por
medio de funciones de distribución estadística.
Estadística de Boltzmann
Para calcular la forma de la curva de conducti·
vidad versus temperatura de un aislante, es ne·
cesado entender cómo se realiza la transferencia
de carga eléctrica a través del material.
La corriente eléctrica es el movimiento colee·
tivo de portadores de carga; en un metal usual·
mente se trata de los electrones, aunque en algu·
nos metales lo realizan las partículas positivas.
¿Qué portador de carga eléctrica se mueve en un
material jónico?
Recordemos por un momento las soluciones
de electrolitos (sa l en agua), un tipo especial de
material iónico. De hecho, la única diferencia
entre un sólido iónico y un electrolito es que en
el electrolito los iones no guardan distancias de·
finid as y tienen una mayor movilidad. Si ¡ntro·
ducimos en esta solución dos electrodos conee·
tados a una batería, fluirá una corriente que
estará determinada por el movimiento de los
iones en la solución (incluso éste es un método
para obtener algunos materiales; en nuestro
ejemplo, cloro e hidróxido de sodio). Así que, en
la mayoría de los aislantes, se mueven los iones
y no los electrones. En casos muy especiales
podrían moverse los electrones, pero no hablare·
mos aquí de ellos.
Para responder a la pregunta de cómo varía la
conductividad cr versus la temperatura T, debe·
mos reconocer la variación de cada uno de los
términos que definen la conductividad. Como
sabemos, la conducti vidad está determinada por
cr = NQ}l, donde N será la densidad de iones que
participen en la corriente eléctrica, Q la carga de
los iones, y }lla movilidad de los iones. Si consi·
deramos a N y Q como constantes (esto es una
buena aproximación), la única fuente de varia·
ción estará en la movilidad }l.
¿Es posible que un ion se mueva en un cristal?
¿Se puede hablar de movilidad?
La respuesta es sí; aunque, por supuesto, son
magnitudes muy diferentes de las que se obtie·