Grado 11
  1. Mecánica  1.1. dinámico  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y rapidez  1.1.5. Aceleración y desaceleración  1.1.6. Análisis gráfico del movimiento  1.1.7. Ecuaciones del movimiento (deducciones avanzadas)  1.1.8. Caída libre y velocidad terminal  1.1.9. Movimiento de proyectiles  1.1.10. Velocidad relativa en una y dos dimensiones  1.1.11. Movimiento de un coche en un plano inclinado  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton y sus aplicaciones  1.2.2. Inercia y la primera ley de Newton  1.2.3. Fuerza y tipos de fuerza  1.2.4. Fricción estática y cinética  1.2.5. Movimiento circular y aceleración centrípeta  1.2.6. Movimiento circular no uniforme  1.2.7. Peralte de carreteras y curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservación del momento en una y dos dimensiones  1.2.10. Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por una fuerza constante y variable  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética y potencial  1.3.4. Energía potencial gravitacional y elástica  1.3.5. Conservación de la energía mecánica  1.3.6. Energía y potencia instantánea  1.3.7. Eficiencia de las máquinas  1.3.8. Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas  1.4. Movimiento rotacional  1.4.1. Torsión y aceleración angular  1.4.2. Equilibrio rotacional  1.4.3. Momento de inercia y sus aplicaciones  1.4.4. Momento angular y su conservación  1.4.5. Energía cinética del movimiento de rodadura y rotación  1.4.6. Teorema del Eje Paralelo y Perpendicular  1.4.7. Dinámica del movimiento rotacional
  2. Fuerza gravitacional  2.1. Gravitación universal  2.1.1. La ley de gravitación universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional y potencial  2.1.3. Cambio en la aceleración debido a la gravedad  2.1.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  2.1.5. Mecánica orbital y satélites  2.1.6. Velocidad de escape y velocidad orbital  2.1.7. Ingravidez y caída libre  2.1.8. Energía potencial gravitacional y energía en órbitas  2.1.9. Agujeros negros y lente gravitacional
  3. Propiedades de la materia  3.1. Mecánica de fluidos  3.1.1. Densidad y presión en líquidos  3.1.2. La teoría de Pascal y sus aplicaciones  3.1.3. Principio de Arquímedes y Flotabilidad  3.1.4. Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones  3.1.5. Ecuación de continuidad y el efecto Venturi  3.1.6. Tensión superficial y capilaridad  3.1.7. Viscosidad y la Ley de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds y turbulencia  3.2. Elasticidad y deformación  3.2.1. La ley de Hooke y la relación tensión-deformación  3.2.2. Módulo de elasticidad y aplicaciones  3.2.3. Deformación y límite elástico de los sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor y temperatura  4.1.1. Propiedades termométricas y escala de temperatura  4.1.2. Expansión térmica de sólidos, líquidos y gases  4.1.3. Sistema de transferencia de calor  4.1.4. Capacidad calorífica específica y calorimetría  4.1.5. Calor latente y cambio de fase  4.2. Teoría cinética de los gases  4.2.1. Modelo molecular de los gases  4.2.2. Explicación cinética de la temperatura  4.2.3. Ecuación de Gas Ideal y Desviaciones  4.2.4. Camino libre medio y distribución de Maxwell–Boltzmann  4.3. Leyes de la Termodinámica  4.3.1. Zeroth Law y Equilibrio Térmico  4.3.2. Primera Ley y Energía Interna  4.3.3. La Segunda Ley y la Entropía  4.3.4. Ciclo de Carnot y motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores y bombas de calor
  5. Ondas y oscilaciones  5.1. Movimiento Armónico Simple  5.1.1. Ecuaciones del MHS  5.1.2. Energía en MAS  5.1.3. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  5.1.4. Resonancia y aplicaciones  5.1.5. Péndulo y sistema masa-resorte  5.2. Movimiento ondulatorio  5.2.1. Tipos de ondas mecánicas  5.2.2. Movimiento ondulatorio y transporte de energía  5.2.3. Principio de Superposición y Ondas Estacionarias  5.2.4. Reflexión, Refracción y Difracción  5.2.5. Efecto Doppler en sonido y luz  5.2.6. Pulsaciones e interferencia
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Electrostática  6.1.1. Carga eléctrica y conservación  6.1.2. La ley de Coulomb y sus aplicaciones  6.1.3. Campo eléctrico y flujo eléctrico  6.1.4. Potencial eléctrico y energía potencial  6.1.5. Capacitancia y energía almacenada en un condensador  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. La ley de Ohm y la resistencia eléctrica  6.2.2. Resistividad y dependencia de la temperatura  6.2.3. Leyes de Kirchhoff y análisis de circuitos  6.2.4. Potencia eléctrica y eficiencia  6.2.5. Combinación de resistencias  6.3. Magnetismo y electromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos y sus fuentes  6.3.2. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento  6.3.3. Inducción electromagnética  6.3.4. Leyes de Faraday y Lenz  6.3.5. Inductancia y Transformador  6.3.6. Corriente alterna y sus aplicaciones
  7. Óptica  7.1. Reflexión y Refracción  7.1.1. leyes de reflexión y refracción  7.1.2. Espejos y lentes  7.1.3. Reflexión interna total y fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferencia y Difracción  7.2.2. Experimento de la doble rendija de Young  7.2.3. Polarización de la luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein  8.1.2. Dualidad onda-partícula  8.1.3. El principio de incertidumbre de Heisenberg  8.1.4. Efecto Compton  8.2. Física Atómica y Nuclear  8.2.1. Modelo atómico y niveles de energía  8.2.2. Desintegración radiactiva y vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear
  9. Electrónica y Comunicación  9.1. Semiconductores  9.1.1. uniones pn y diodo  9.1.2. Transistores y compuertas lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados y Aplicaciones  9.2. Sistemas de comunicación  9.2.1. Conceptos básicos de la comunicación analógica y digital  9.2.2. Comunicación Inalámbrica y Óptica  9.2.3. Modulación y Demodulación

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Semiconductores


En el mundo de la física y la electrónica, los semiconductores juegan un papel vital en el funcionamiento de una miríada de dispositivos, desde simples diodos hasta complejos chips de computadora. Comprender los semiconductores es importante para cualquiera interesado en la electrónica, ya que son la columna vertebral de la tecnología moderna.

¿Qué son los semiconductores?

Los semiconductores son materiales cuya conductividad eléctrica se encuentra entre conductores e aislantes. Esto significa que pueden conducir electricidad bajo ciertas condiciones pero no bajo otras. Esta propiedad los hace invaluables para controlar corrientes eléctricas en dispositivos electrónicos.

Semiconductores intrínsecos

Los semiconductores intrínsecos son formas puras de materiales semiconductores. Los ejemplos más comunes incluyen el silicio (Si) y el germanio (Ge). En estos materiales, el número de cargas es típicamente bajo y no hay impurezas significativas.

Un semiconductor intrínseco tiene un número igual de electrones y agujeros. Un "agujero" es simplemente la ausencia de un electrón y actúa como un portador de carga positiva. Cuando se aplica energía, puede excitar a un electrón para saltar de la banda de valencia a la banda de conducción, dejando un agujero detrás:

banda de valencia banda de conducción Salto de electrones

Esta transición contribuye a la conductividad eléctrica.

Semiconductores extrínsecos

Cuando se agregan impurezas a los semiconductores intrínsecos, se convierten en semiconductores extrínsecos. Este proceso se llama dopado y aumenta significativamente el número de portadores de carga en el material, aumentando su conductividad.

Semiconductor tipo n

Los semiconductores tipo N se crean al agregar un elemento con electrones adicionales al material semiconductor. Por ejemplo, combinar silicio con fósforo (que tiene cinco electrones de valencia) crea electrones libres adicionales:

Si P electrones libres

Los electrones extra actúan como portadores de carga negativa, de ahí el nombre "tipo n".

Semiconductor tipo p

Los semiconductores tipo P se forman cuando se agrega un elemento con menos electrones. Por ejemplo, cuando el silicio se combina con boro, que tiene tres electrones de valencia, se crean "agujeros" o portadores de carga positiva:

Si B agujero

La falta de electrones crea "agujeros" que pueden moverse, convirtiendo el material en un semiconductor tipo P.

Unión PN

Una unión PN se forma al colocar semiconductores tipo n y tipo p juntos. Esta unión es importante para el funcionamiento de diodos y transistores. Al unirse, los electrones de la región tipo n se mueven para llenar los agujeros en la región tipo p, y se forma una región de agotamiento con un campo eléctrico incorporado:

Tipo N Tipo P agotamiento

Este arreglo permite que la corriente fluya fácilmente en una dirección, pero no en la otra, actuando así como un diodo.

Aplicaciones de los semiconductores

Los semiconductores son componentes esenciales en una variedad de dispositivos electrónicos debido a sus propiedades únicas. Aquí algunos ejemplos:

Diodo

Un diodo es quizás el dispositivo semiconductor más simple. Su propósito principal es permitir que la corriente fluya en una dirección y bloquearla en la dirección opuesta. Esto se debe a la unión PN que solo permite corriente cuando el lado P está a un voltaje más alto que el lado N:

Flujo

Transistor

Los transistores son más complejos y se utilizan para amplificar o cambiar señales. Pueden controlar una gran corriente con una pequeña corriente de entrada y son los bloques de construcción de todos los circuitos electrónicos modernos. Existen diferentes tipos de transistores, incluyendo transistores bipolares de unión (BJTs) y transistores de efecto de campo (FETs).

Transistores bipolares de unión (BJTs)

Un BJT consiste en tres capas de material semiconductor que forman dos uniones PN. Las tres partes se llaman emisor, base y colector:

emisor Base Colector

Hay dos tipos de BJTs: transistores NPN y PNP. El tipo NPN usa electrones como portadores de carga mientras que el tipo PNP usa agujeros.

Transistores de efecto de campo (FETs)

Los FETs usan un campo eléctrico para controlar el tamaño del canal, y por lo tanto la conductividad, de un tipo de portador de carga en un material semiconductor. Diferentes tipos incluyen:

  • JFET (FET de unión)
  • MOSFET (FET de metal-óxido-semiconductor)

Conductividad en semiconductores

La conductividad de un semiconductor puede ser controlada por varios factores:

  • Dopado: Añadir impurezas para incrementar los portadores de carga.
  • Temperatura: Las temperaturas más altas pueden aumentar la energía en los electrones, lo que incrementa la conductividad.

Por ejemplo, la conductividad eléctrica σ puede expresarse como:

σ = q * n * μ

Donde:

  • q = carga del electrón
  • n = número de portadores de carga
  • μ = movilidad de los portadores de carga

Conclusión

Los semiconductores son la piedra angular de la electrónica moderna, desde los circuitos más simples hasta los sistemas computacionales más complejos. Su capacidad para conducir electricidad bajo ciertas condiciones los hace versátiles e indispensables en nuestra sociedad tecnológica. Comprender sus propiedades y cómo pueden manipularse abre el mundo de la electrónica y las comunicaciones a muchas aplicaciones e innovaciones.


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