Grado 10
  1. Mecánica  1.1. Dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y Rapidez  1.1.5. Aceleración  1.1.6. Representación gráfica del movimiento  1.1.7. Ecuaciones de movimiento  1.1.8. Caída libre y aceleración debido a la gravedad  1.1.9. Movimiento de un proyectil  1.1.10. Velocidad relativa  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton  1.2.2. Inercia y masa  1.2.3. Fuerza y sus tipos  1.2.4. fuerza de acción y reacción  1.2.5. La fricción y sus efectos  1.2.6. Coefficient of friction  1.2.7. Movimiento circular  1.2.8. Fuerza centrípeta y aceleración centrípeta  1.2.9. Momentum e Impulso  1.2.10. Conservación del momento  1.2.11. Tercera ley de Newton y aplicaciones  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial  1.3.5. Energía mecánica  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.3.8. Fuentes de energía renovables y no renovables  1.4. Fuerza gravitacional  1.4.1. La ley de gravitación universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional y fuerza del campo  1.4.3. Aceleración debida a la gravedad en diferentes planetas  1.4.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.4.5. Órbitas y satélites  1.4.6. Peso y peso aparente  1.4.7. Energía potencial gravitacional
  2. Propiedades de la materia  2.1. Estados de la materia  2.1.1. Sólido, líquido y gas  2.1.2. Estructura molecular de la materia  2.1.3. Fuerzas intermoleculares  2.1.4. Plasma y condensado de Bose–Einstein  2.2. Presión  2.2.1. Definición de Presión  2.2.2. Presión en líquidos  2.2.3. Presión atmosférica  2.2.4. Principio de Pascal  2.2.5. El principio de Arquímedes y la flotabilidad  2.2.6. Tensión superficial y capilaridad  2.3. Elasticidad  2.3.1. La ley de Hooke  2.3.2. Tensión y deformación  2.3.3. Límite elástico y módulo de elasticidad  2.3.4. Aplicaciones de la elasticidad
  3. Física térmica  3.1. calor y temperatura  3.1.1. Diferencia entre calor y temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Dilatación térmica  3.1.4. Equilibrio térmico  3.2. Transferencia de calor  3.2.1. Conductividad  3.2.2. Convección  3.2.3. Radiación  3.2.4. Aislamiento y sus aplicaciones  3.3. Propiedades térmicas de la materia  3.3.1. Capacidad calorífica específica  3.3.2. Calor latente y cambio de fase  3.3.3. Punto de ebullición y punto de fusión  3.3.4. Motores térmicos y refrigeración  3.4. Leyes de la Termodinámica  3.4.1. Ley cero de la termodinámica  3.4.2. Primera ley de la termodinámica  3.4.3. Segunda ley de la termodinámica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas y óptica  4.1. Nature and properties of waves  4.1.1. Tipos de ondas en la naturaleza y propiedades de las ondas  4.1.2. Olas transversales y longitudinales  4.1.3. Parámetros de las ondas  4.1.4. Reflexión y refracción de ondas  4.1.5. Superposición e Interferencia  4.1.6. Ondas estacionarias y resonancia  4.1.7. Efecto Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características de las ondas sonoras  4.2.2. Velocidad del sonido en diferentes medios  4.2.3. Aplicaciones de las ondas sonoras  4.2.4. Ultrasonido y sus usos  4.3. Ondas de Luz y Óptica  4.3.1. Naturaleza de la luz  4.3.2. Reflexión de la luz  4.3.3. Leyes de la reflexión  4.3.4. Espejos y Formación de Imágenes  4.3.5. Refracción de la luz  4.3.6. La Ley de Snell  4.3.7. Lentes y Formación de Imágenes  4.3.8. Reflexión interna total y ángulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Instrumentos Ópticos  4.4.1. Microscopio  4.4.2. Telescopio  4.4.3. Ojo humano y defectos de visión  4.4.4. Cámara y su principio de funcionamiento
  5. Electricidad y Magnetismo  5.1. Electrostática  5.1.1. Carga eléctrica y sus propiedades  5.1.2. Conductores e Aislantes  5.1.3. La ley de Coulomb  5.1.4. Campo eléctrico y líneas de campo  5.1.5. Potencial eléctrico y diferencia de potencial  5.1.6. Capacitores y Capacitancia  5.2. Electricidad Actual  5.2.1. Corriente eléctrica y su medición  5.2.2. La ley de Ohm  5.2.3. Resistencia y resistividad  5.2.4. Circuitos en Serie y en Paralelo  5.2.5. Energía y potencia eléctricas  5.2.6. Leyes de Kirchhoff  5.3. Magnetismo y Electromagnetismo  5.3.1. Campo magnético y líneas de campo  5.3.2. Efectos magnéticos de la corriente eléctrica  5.3.3. Inducción electromagnética  5.3.4. Leyes de Faraday de la inducción electromagnética  5.3.5. Transformadores y Aplicaciones  5.3.6. Corriente AC y DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estructura del átomo  6.1.2. Modelo atómico de Bohr  6.1.3. Niveles de Energía del Electrón  6.1.4. Rayos X y aplicaciones  6.2. Radiactividad  6.2.1. Tipos de radiación  6.2.2. Vida media y desintegración radiactiva  6.2.3. Reacciones nucleares y aplicaciones  6.2.4. Fisión y Fusión  6.3. Física cuántica  6.3.1. Dualidad onda-partícula  6.3.2. Efecto fotoeléctrico  6.3.3. Cuantización de la energía  6.3.4. El principio de incertidumbre de Heisenberg
  7. Electrónica y Comunicación  7.1. Semiconductores  7.1.1. Conductores, aislantes y semiconductores  7.1.2. Diodos y sus aplicaciones  7.1.3. Transistores y Puertas Lógicas  7.1.4. LEDs y fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicación  7.2.1. Fundamentos de la comunicación  7.2.2. Señales analógicas y digitales  7.2.3. Comunicación inalámbrica y fibra óptica  7.2.4. Ondas de radio y modulación

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Conductores, aislantes y semiconductores


En el mundo de la física y la electrónica, es muy importante entender el comportamiento de los materiales. Las propiedades de los conductores, aislantes y semiconductores determinan cómo interactúan con las corrientes eléctricas. En esta lección, exploraremos estos materiales, sus características y sus roles en la electrónica.

¿Qué son los conductores?

Los conductores son materiales que permiten que las cargas eléctricas fluyan libremente a través de ellos. Esta capacidad para conducir electricidad se debe a la presencia de electrones libres que pueden moverse fácilmente de un átomo a otro.

Características de los conductores

  • Hay electrones libres.
  • Muestran baja resistencia a la corriente eléctrica.
  • Permite que la electricidad fluya con mínima pérdida de energía.

Ejemplo visual de un conductor

Metales como el cobre y el aluminio son excelentes conductores. Se utilizan en cables y alambres eléctricos para transmitir electricidad. Por ejemplo, los alambres de cobre se utilizan comúnmente en el cableado doméstico.

La física detrás de los conductores

En los conductores, los electrones externos están débilmente unidos a sus átomos padres. Estos electrones son libres para moverse a través del material. Cuando se aplica un campo eléctrico, estos electrones libres fluyen en la dirección del campo eléctrico. La ecuación que define la corriente es:

    I = nAve

Donde:

  • I es la corriente que fluye a través del conductor (en amperios).
  • n es el número de portadores de carga por unidad de volumen.
  • A es el área de la sección transversal del conductor.
  • v es la velocidad de deriva de los electrones.
  • e es la carga del electrón.

¿Qué son los aislantes?

Los aislantes son materiales que no conducen electricidad en condiciones normales. Esto ocurre porque los electrones en los aislantes están fuertemente unidos a sus átomos, y no hay electrones libres para transportar corriente.

Características de los aislantes

  • No contienen electrones libres.
  • Muestran alta resistencia a la corriente eléctrica.
  • Mantienen la carga eléctrica dentro de ellos, evitando el flujo.

Ejemplo visual de un aislante

Ejemplos de aislantes incluyen goma, vidrio y plástico. Se utilizan para recubrir el exterior de alambres y cables para prevenir descargas eléctricas.

La física detrás de los aislantes

Los electrones en los aislantes están fuertemente unidos a sus átomos y no se mueven hacia los átomos vecinos. Esto significa que incluso si se aplica un campo eléctrico, los electrones no se pueden mover. Por lo tanto, los aislantes no conducen electricidad.

¿Qué son los semiconductores?

Los semiconductores son materiales que tienen conductividad eléctrica entre los conductores y los aislantes. La conductividad de los semiconductores no es tan alta como la de los conductores, pero puede mejorarse agregando impurezas.

Características de los semiconductores

  • La conductividad puede ajustarse agregando impurezas (dopaje).
  • Muestran mejor conductividad bajo ciertas condiciones como temperatura y luz.
  • Resistividad eléctrica intermedia.

Ejemplo visual de un semiconductor

El silicio y el germanio son semiconductores bien conocidos. Los semiconductores son la columna vertebral de la electrónica moderna, utilizados en circuitos integrados como diodos, transistores y microprocesadores.

La física detrás de los semiconductores

Los semiconductores tienen una pequeña brecha de banda entre su banda de valencia y banda de conducción. Cuando se les suministra energía (por ejemplo, calor o luz) muestran una conductividad mejorada. Sus propiedades eléctricas pueden optimizarse dopando semiconductores con elementos como fósforo o boro:

  • Tipo n: Agregar elementos con electrones adicionales crea más portadores de carga.
  • Tipo p: Agregar elementos con menos electrones crea "huecos" que actúan como portadores de carga positiva.
    E_g = E_c - E_v

Donde:

  • E_g es la energía de la brecha de banda.
  • E_c es la energía mínima de la banda de conducción.
  • E_v es la energía máxima de la banda de valencia.

La característica notable de los semiconductores es que su conductividad puede incrementarse o disminuirse sustancialmente mediante factores externos. Esto los hace extremadamente versátiles en electrónica, permitiendo crear componentes que pueden amplificar, cambiar o modular señales eléctricas.

Aplicaciones y significado

Los conductores, aislantes y semiconductores son fundamentales en el diseño y uso de dispositivos electrónicos. Entender sus propiedades ayuda a los ingenieros a desarrollar la tecnología cotidiana como teléfonos inteligentes, computadoras y sistemas de comunicación.

Al aprovechar las propiedades únicas de los semiconductores, los ingenieros pueden crear dispositivos complejos que realizan funciones específicas, lo que ha revolucionado la industria y alimentado innovaciones en tecnología.

La transición de usar conductores y aislantes para construir interruptores y circuitos simples a integrar semiconductores en microchips avanzados representa un avance significativo en la ingeniería electrónica. Este desarrollo es la base de todo, desde los gadgets domésticos hasta los sofisticados sistemas de comunicaciones y defensa.

Conclusión

Los conductores, aislantes y semiconductores desempeñan un papel vital en el funcionamiento de los sistemas eléctricos. Los conductores permiten un flujo eficiente de corriente eléctrica, los aislantes previenen el flujo de corriente no deseado y los semiconductores permiten controlar y manipular señales eléctricas para varias aplicaciones. Comprender estos materiales es esencial para el campo de la electrónica y las comunicaciones.


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