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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Semiconductores


Los semiconductores son un componente vital en los sistemas de electrónica y comunicación modernos. Forman los bloques de construcción de una variedad de dispositivos electrónicos, incluidos transistores, diodos y circuitos integrados, que han revolucionado colectivamente nuestro mundo. En términos simples, los semiconductores son sustancias cuyo nivel de conductividad se encuentra entre un conductor como el cobre y un aislante como el caucho. Esta propiedad única permite a los semiconductores controlar la corriente eléctrica, haciéndolos indispensables en el diseño de circuitos electrónicos.

¿Qué son los semiconductores?

Primero, definamos un semiconductor. Un semiconductor es una sustancia cuya conductividad eléctrica puede ser controlada. Esto significa que pueden actuar como un aislante a bajas temperaturas y como un conductor a altas temperaturas. El silicio y el germanio son los dos elementos semiconductores más comunes, pero el silicio es el más utilizado en la industria.

Propiedades de los semiconductores

Las propiedades que hacen que los semiconductores sean únicos y útiles incluyen:

  • Conductividad variable: Los semiconductores pueden conducir electricidad en algunas condiciones y actuar como aislantes en diferentes condiciones. Esta propiedad es importante porque permite su uso en interruptores y amplificadores.
  • Portadores de carga: Las cargas eléctricas en los semiconductores son transportadas por electrones y huecos. Huecos son la ausencia de electrones que actúan como portadores de carga positiva.
  • Bandas de energía: En los semiconductores, tenemos una banda de valencia y una banda de conducción con una pequeña brecha de energía entre ellas. La conducción ocurre cuando los electrones saltan de la banda de valencia a la banda de conducción.

Semiconductores intrínsecos y extrínsecos

Los semiconductores pueden clasificarse en dos categorías: semiconductores intrínsecos y extrínsecos. Veamos cada uno:

Semiconductores intrínsecos

Los semiconductores intrínsecos son la forma pura de un semiconductor sin impurezas. El silicio y el germanio son ejemplos clásicos. A temperaturas de cero absoluto, los semiconductores intrínsecos actúan como aislantes perfectos. A medida que la temperatura aumenta, la energía térmica permite a algunos electrones moverse hacia la banda de conducción, permitiendo la conducción. El número de electrones es igual al número de huecos.

Semiconductores extrínsecos

Los semiconductores extrínsecos se crean añadiendo impurezas a semiconductores intrínsecos, un proceso conocido como dopado. El dopado aumenta el número de portadores de carga (ya sean electrones o huecos), mejorando la conductividad eléctrica del semiconductor. Hay dos tipos de semiconductores extrínsecos:

  • tipo n: Dopar un semiconductor intrínseco con un elemento pentavalente como el fósforo añade electrones extra, que están débilmente unidos y pueden moverse libremente, aumentando la conductividad. El nombre 'tipo n' se refiere a la carga negativa de los electrones.
  • tipo p: El dopado con un elemento trivalente como el boro resulta en más huecos que electrones. Estos huecos se comportan como portadores de carga positiva, de ahí el nombre 'tipo p'.

El papel de los semiconductores en los dispositivos electrónicos

Los semiconductores son importantes para muchos dispositivos electrónicos. Veamos algunos de los componentes básicos de la electrónica donde los semiconductores juegan un papel crucial:

Diodo

Los diodos son componentes que permiten el flujo de corriente en una sola dirección. Están hechos combinando semiconductores tipo p y tipo n. La unión permite que la corriente eléctrica pase cuando se aplica un voltaje positivo a un lado (el ánodo) y bloquea la corriente en la dirección opuesta, formando una puerta de un solo sentido para la corriente eléctrica.

        +-->|--+ | | Ánodo ----->| Cátodo | | +------+

Transistor

Los transistores son los bloques de construcción de los dispositivos electrónicos modernos. Pueden amplificar una señal eléctrica o activarla y desactivarla. Se utilizan como amplificadores e interruptores en varios circuitos electrónicos. Los transistores funcionan usando un pequeño voltaje o corriente para controlar un voltaje o corriente mayor.

        +-------+ Base ------->| | |Transistor|---------+ Colector emisor ------>| | +-------+

Circuitos integrados (CI)

Los circuitos integrados son circuitos electrónicos miniaturizados que contienen múltiples dispositivos semiconductores como transistores y diodos, así como otros componentes, todos integrados en un delgado sustrato de material semiconductor. Han reducido drásticamente el tamaño, costo y consumo de energía de los sistemas electrónicos.

¿Cómo funcionan los semiconductores?

Para entender cómo funcionan los semiconductores, es importante examinar la teoría de bandas. En física del estado sólido, las bandas de energía explican cómo los semiconductores se comportan de manera diferente a los conductores y aislantes.

Concepto de banda de energía

La idea básica involucra una banda de valencia y una banda de conducción separadas por una brecha de banda. En la banda de valencia, los electrones están fuertemente unidos a los átomos. En la banda de conducción, los electrones son más libres, haciendo posible la conducción.

        Banda de Valencia ============ Brecha de Banda <--- Diferencia de energía permitida suelta a la conducción de electrones ============ Banda de Conducción

Para que el electrón se mueva y conduzca electricidad, debe moverse de la banda de valencia a la banda de conducción. Esto requiere energía, a menudo provista por calor o luz.

Unión PN

El concepto de unión pn es importante en semiconductores. Cuando se juntan semiconductores tipo p y tipo n, se forma una región de agotamiento en la unión, la cual carece de portadores de carga. Esta región forma una barrera que restringe el flujo de portadores. Bajo polarización directa (voltaje positivo en el lado p), se reduce la barrera, permitiendo que fluya corriente.

        tipo p | | tipo n -----|-----/-----|----- + - | | Polarización Directa

Aplicaciones de los semiconductores

Los semiconductores son omnipresentes en la tecnología actual. Se encuentran en todas partes, desde computadoras hasta electrodomésticos, pasando por sistemas avanzados de comunicación. Aquí algunos ejemplos de sus aplicaciones:

  • Dispositivos de computación: Los semiconductores son esenciales en CPUs, chips de memoria y otros componentes de computación.
  • Comunicaciones: Los semiconductores alimentan dispositivos como teléfonos inteligentes y transmisores, que permiten las comunicaciones inalámbricas.
  • Iluminación: Los diodos emisores de luz (LEDs) son semiconductores utilizados en una variedad de aplicaciones de iluminación.
  • Automotriz: Los vehículos utilizan semiconductores en unidades de control electrónico para gestionar el rendimiento del motor, la navegación, y los sistemas de seguridad.

Semiconductores y la vida moderna

El impacto de los semiconductores en la vida cotidiana es profundo. Han hecho posible miniaturizar dispositivos electrónicos y avanzar en tecnologías como el Internet de las Cosas (IoT), la electrónica portátil y las ciudades inteligentes. Los avances en tecnología de semiconductores se alinean con innovaciones en otros campos como la nanotecnología y la computación cuántica, asegurando que los semiconductores seguirán desempeñando un papel clave en futuros avances tecnológicos.

Conclusión

En el mundo de la electrónica y las comunicaciones, los semiconductores son vitales para la funcionalidad y el desarrollo de muchos dispositivos. A través de variaciones intrínsecas y extrínsecas, los semiconductores se convierten en componentes versátiles que evitan las limitaciones inherentes a conductores o aislantes puros. Su aplicación es muy amplia y extendida, incluyendo diodos, transistores y circuitos integrados, componentes críticos que forman la columna vertebral del funcionamiento de los dispositivos electrónicos modernos.

Comprender los semiconductores es imprescindible para un estudiante de clase 10 que comienza su viaje en la electrónica. Comprender conceptos básicos como el dopado, uniones PN y su papel en varias aplicaciones forma una base sólida para profundizar en diseños y sistemas electrónicos complejos.


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