recursos naturales

http://www.areaciencias.com/recursos-naturales.htm

 ¿Qué son los Recursos Naturales?

 Recurso natural: Se denominan recursos naturales a aquellos bienes materiales y servicios que proporciona la naturaleza sin alteración por parte del ser humano; y que son valiosos para las sociedades humanas por contribuir a su bienestar y desarrollo de manera directa (materias primas, minerales, alimentos) o indirecta (servicios ecológicos).

 Se producen de forma natural, lo que significa que los humanos no pueden hacer recursos naturales, pero sin modificar los para su beneficio. Por ejemplo los materiales utilizados en los objetos hechos por el hombre son los recursos naturales. 



 Puedes ir hacer un crucigrama online para aprender los recursos naturales anteriores y sus usos en el siguiente enlace: Recursos Naturales Ejemplos.

 Tipos de Recursos Naturales

 Los recursos naturales que proporciona el medio ambiente se clasifican en 3 tipos diferentes:

 a) Recursos continuos o inagotables: Se corresponde con aquellas fuentes de energía que son inagotables y que no son afectadas por la actividad humana.

 b)Recursos renovables: Son los recursos que pueden regenerarse mediante procesos naturales, de manera que aunque sean utilizados pueden seguir existiendo siempre que no se sobrepase su capacidad de regeneración.

 c) Recursos no renovables o irrenovables: Son aquéllos que una vez consumidos no pueden regenerarse de forma natural en una escala de tiempo humana.



 Hay varias formas de clasificar los recursos naturales, incluyendo de dónde vienen y si son o no renovable como vimos anteriormente, pero también se pueden clasificar en función de si los recursos naturales provienen de seres vivos o materiales orgánicos, entonces se les considera recursos bióticos. Recursos bióticos incluyen las plantas, los animales y los combustibles fósiles. Los tres combustibles fósiles son el carbón, el petróleo y el gas natural. Los combustibles fósiles se clasifican como recursos bióticos, ya que se forman a partir de la descomposición de materia orgánica durante millones de años. Por otro lado, los recursos abióticos se originan a partir de materiales no vivos e inorgánicos. Por ejemplo, el aire, la luz solar y el agua son recursos abióticos. Los minerales también se consideran abióticos.

 Las principales fuentes de energía continua son el sol y la gravedad. La primera genera energía solar a través de la radiación y eólica por el viento. La segunda genera energíahidroeléctrica mediante saltos hidroeléctricos o las olas y mareas.

 La actividad humana puede llevar a la sobreexplotación de estos recursos y poner en peligro su conservación. 

 Los casos más graves de explotación excesiva de recursos son:

 - La caza y pesca indiscriminada de ballenas y otros animales en peligro de extinción.

 - Tala de bosques sin criterios conservacionistas.

 - La explotación excesiva del agua provoca problemas ambientales graves como la desertización y el drástico descenso de los recursos hídricos.

 Según la ONU 2/3 de los ecosistemas de los que depende la vida sobre la Tierra están sobreexplotados o se utilizan de manera insostenible, lo que puede causar graves problemas para la humanidad en las próximas generaciones.
 Prioridades de los recursos naturales renovables

 En lo referente a los recursos naturales renovables, las prioridades deben estar orientadas a mantener la base productiva mediante un manejo de los mismos, que implica utilizarlos con prácticas que eviten el deterioro y regenerar los que están degradados. En este sentido, es de altísima prioridad en el país:

 - Manejar los recursos marinos y evitar la explotación irracional que reduzca los stocks disponibles. Casos como la sobreexplotación de la anchoveta y la reducción drástica de las poblaciones de lobos marinos y aves guaneras no deben repetirse.

 - Manejar los recursos hidrobiológicos de las aguas continentales. Son de alta prioridad el manejo del camarón de río en la costa, los espejos de agua de la sierra y los recursos pesquemos en la Amazonía.

 - La conservación de las tierras agrícolas es una de las necesidades más urgentes por su escasez y los procesos de deterioro en curso, que están comprometiendo la seguridad alimentarla.

 - La conservación del agua, especialmente en la costa, en las vertientes occidentales y en la sierra es otro aspecto de extrema urgencia

 - La conservación de la cobertura vegetal en la costa y la sierra es no menos urgente. En estas regiones se hace necesario contar con agresivos programas de reforestación, de urgencia para la conservación de las cuencas y para generar recursos forestales a futuro.

 - El ordenamiento o zonificación del espacio en la selva alta y en la selva baja, para el uso ordenado de los recursos y la protección de las comunidades indígenas.

 - La conservación de la diversidad biológica de las especies, los recursos genéticos y los ecosistemas representativos es una necesidad impostergable. El Perú no puede seguir perdiendo sus recursos vivos, que son fuente de beneficios. Culturales y científicos. Principales fuentes de contaminación

 Entre las fuentes de contaminación más notables, podemos citar las siguientes:

 - Emanaciones industriales, en forma de humo o polvo, las cuales son lanzadas a la atmósfera y contaminan el aire.

 - Aguas residuales de origen industrial, que constituyen la principal fuente de contaminación de las aguas.

 - Aguas albañales procedentes de la actividad humana.

 - Productos químicos procedentes de la actividad agropecuaria, los cuales son arrastrados por las aguas; entre ellos, plaguicidas, fertilizantes, desechos de animales, etc.

 - Residuos sólidos provenientes de la industria y de las actividades domésticas.

 - Emanaciones gaseosas producidas por el transporte automotor.

 - Dispersión de hidrocarburos en las vías fluviales y marítimas, causadas por la transportación a través de estas vías. Plan de ordenación de los recursos naturales

 Un Plan de Ordenación de los Recursos Naturales (PORN) es un instrumento de planeamiento territorial recogido en el ordenamiento jurídico español que persigue adecuar la gestión de los recursos naturales, y en especial de los espacios naturales y de las especies a proteger, según la política de conservación de la naturaleza establecida por la "Ley 42/2007, de 13 de diciembre, del Patrimonio Natural y de la Biodiversidad".

 Los Planes de Ordenación de los Recursos Naturales son el instrumento específico para la delimitación, tipificación, integración en red y determinación de su relación con el resto del territorio, de los sistemas que integran el patrimonio y los recursos naturales de un determinado ámbito espacial, con independencia de otros instrumentos que pueda establecer la legislación autonómica.

 El Ministerio de Medio Ambiente, con la participación de las Comunidades Autónomas, elaborará, en el marco del Plan Estratégico Estatal del Patrimonio Natural y de la Biodiversidad, unas directrices para la ordenación de los recursos naturales a las que, en todo caso, deberán ajustarse los Planes de Ordenación de los Recursos Naturales que aprueben las Comunidades Autónomas.

 Dichas directrices se aprobarán mediante Real Decreto, en un plazo máximo de dos años, previo informe del Consejo Estatal para el Patrimonio Natural y la Biodiversidad.

 Es objeto de dichas directrices el establecimiento y definición de criterios y normas generales de carácter básico que regulen la gestión y uso de los recursos naturales, de acuerdo con lo establecido por la presente Ley.

TECNOLOGIAS LIMPIAS

http://conceptodefinicion.de/tecnologia-limpia/

Las tecnologías limpias son aquellas creadas por el hombre y para el hombre, donde el impacto ambiental es minimizado casi en su totalidad con respecto a las fuentes de energía ya existente. En la actualidad son cada vez más las innovaciones ecológicas que van dejando atrás a las convencionales.

A continuación alguna de las innovaciones tecnológicas que buscan salvar el planeta:

• Poder de Nanotubos.

Unos investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts han desarrollado recientemente una tecnología innovadora y es un artefacto que produce Voltaje DC que dispara electrones a través de un nanotubo de carbono. Este artefacto es tan increíble, que tal vez tenga que crearse toda una rama de la ciencia e ingeniería para poder estudiar esta nueva forma de producción de energía.

De manera práctica este dispositivo, de nombre“thermpower” hecho de nanotubos de carbono podría proveer la misma energía que una batería de iones de litio pero siendo 1/100 con respecto a su tamaño. Es como que tu laptop sea alimentada por algo del tamaño de una uña.

• Tecnología Zenith Solar

Este tipo de energía usa espejos curvos que pueden recolectar cinco veces más energía que paneles solares comunes, esta nueva tecnología fue desarrollada por una compañía israelí, de nombre Zenith Solar. Tal invento se está compitiendo con relación al el costo de la energía solar contra los combustibles fósiles, como el petróleo. Estos paneles solares puede mejorar la conversión total de energía solar hasta en un 75%.

• Granjas verticales

Mientras en el mundo se pavimenta cada vez la tierra para hacer centro urbano y agricultor deben producir más comida con menos tierra. La solución a esta problemática, según una empresa llamada Valcent, es hacer los cultivos en forma de vertical.
Esta compañía es pionera en el sistema de cultivo hidropónico que crece plantas en filas rotatorias, es decir, una encima de otra. Dicha implementación no solo permite una cantidad necesaria de luz para cada planta, sino que también usa mucho menos agua que otros métodos de cultivo.

• Tejas solares

Las tejas solares no necesitan espacios abiertos para construir parques solares si las personas pusieran paneles solares en los techos de sus hogares. Es por ello que gracias a la tecnología desarrollada por Dow Chemical Co., dicha posibilidad está más cerca de la realidad, ya que ha desarrollado una teja que funciona como un panel solar, hecha de delgadas células de cobre indio galio diseleniuro.

PRODUCCION TECNICA O ROBOTISADA

https://www.gestiopolis.com/automatizacion-robotica-produccion/

Automatización, sistema de fabricación diseñado con el fin de usar la capacidad de las máquinas para llevar a cabo determinadas tareas anteriormente efectuadas por seres humanos, y para controlar la secuencia de las operaciones sin intervención humana. El término automatización también se ha utilizado para describir sistemas no destinados a la fabricación en los que dispositivos programados o automáticos pueden funcionar de forma independiente o semiindependiente del control humano.

Objetivos de la automatización

• Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costes de la producción y mejorando la calidad de la misma.
• Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos penosos e incrementando la seguridad.
• Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.
• Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso.
• Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo.
• Integrar la gestión y producción.

MATERIALES QUE SE ESTAN USANDO EN LAS TECNOLOGIAS

https://tecnologia-materiales.wikispaces.com/Nuevos+Materiales

MATERIALES NUEVOS

.Hoy en día, debido a los avances en física, química e informática, la creación de nuevos materiales se ha convertido en algo más que esperanzador. Sumado ésto a la gran invención de los últimos tiempos, la nanotecnología. La nanotecnología trabaja a nivel atómico y molecular, lo que podría generar una revolución a nivel molecular en un futuro cercano.
Maravillas del carbono:

El carbono, que de acuerdo con su estructura cristalina es capaz de tomar la forma del grafito o del diamante, también puede convertirse en materiales con cualidades únicas que de a poco empiezan a reemplazar a gran escala a los materiales convencionales, como por ejemplo:
Fibras de carbono
Las fibras de carbono muy pequeñas, sumergidas en un polímero de soporte resultan un material muy liviano y sumamente resistente. Si uno lo observa a través de un microscopio, una fibra de carbono (cuyo diámetro es la centésima parte de un milímetro) es muchísimo más fino que un cabello humano.

Propiedades del carbono

• Alta resistencia y gran flexibilidad.
• Baja densidad, es un material mucho más resistente y liviano que numerosos metales.
• Buen aislante térmico.
• Resistente a numerosos agentes corrosivo.
• Posee propiedades ignífugas.

- Coche fabricado totalmente en fibra de carbono.

Tiene muchas aplicaciones en la industria aeronáutica y automovilística, al igual que en barcos y en bicicletas, donde sus propiedades mecánicas y ligereza son muy importantes. También se está haciendo cada vez más común en otros artículos de consumo como patines en línea, raquetas de tenis, ordenadores portátiles, trípodes y cañas de pesca e incluso en joyería .

Nanotubos:
Una de las estrellas de la nanotecnología son los nanotubos, láminas de carbón que se cierran sobre sí mismos. Los nanotubos son los materiales conocidos más resistentes, superando hasta en 100 veces al acero. Además, son excelentes conductores eléctricos, cientos de veces más eficientes que el cobre.
Propiedades de los nanotubos

• Son las estructuras de mayor resistencia, aunque su densidad es seis veces menor que la del acero.
• Pueden transporta enormes cantidades de electricidad sin fundirse.
• Gran elasticidad. Recuperan su forma luego de ser doblados en grandes ángulos.

- Estructura de un nanotubo.
Están siendo estudiados activamente, como los fulerenos(la tercera forma más estable del carbono, tras el diamante y el grafito), por su interés fundamental para la química y por sus aplicaciones tecnológicas. Es, por ejemplo, el primer material conocido por la humanidad capaz, en teoría, de sustentar indefinidamente su propio peso suspendido sobre nuestro planeta .

- Estructura de un nanotubo.

Humo helado:
El aerogel es uno de los nuevos materiales más prometedores, incluso por su aspecto nebuloso. Entre sus propiedades se destacan el hecho de ser casi tan liviano como el aire y al mismo tiempo muy resistente, así como su sorprendente capacidad como aislante térmico, lo cual lo vuelve sumamente atractivo para diversas aplicaciones. Su composición es de silicio, de carbono y de diferentes metales, aunque la mayor proporción del compuesto (hasta el 98%) siempre es aire.
Algunos tipos de aerogel se trituran en un polvo tan fino que pueden bloquear las traqueas, por donde respiran los insectos. Su estructura cavernosa es un excelente filtro y es un buen catalizador. La NASA los utiliza para recolectar partículas del cometa Wild-2.

- Pieza de humo helado.
Metamateriales:
Se trata de materiales que al ser tratados y reordenados a nivel nanométrico, adquieren propiedades que no existen en la naturaleza. Su desarrollo está en las etapas iniciales y las primeras aplicaciones se asocian al campo de la óptica.

MATERIALES ELECTRICOS

.https://es.slideshare.net/ricardomatos123829/materiales-elctricos

1. 1. MATERIALES ELÉCTRICOS Matos Vargas, Ricardo A. 1213110245 TECNOLOGÍA DE MATERIALES ELÉCTRICOS Ing. Walter Raúl Calderón Cruz
2. 2. INTRODUCCIÓN  Hoy en día nuestra tecnología es mucho más avanzada comparar con la tecnología de hace 50 años y es en esta época en la que debemos aprovechar al máximo todos nuestros conocimientos y experiencias en la mano, de eso se trata la tecnología de materiales, es aplicar una tecnología (la más avanzada, tecnología de punta) a un cierto material, mediante procesos lógicos, exactos y bajo a lo que llamamos Normas Técnicas para poder obtener un producto deseado y eficiente.  Los materiales a usar, son productos de otros procesos también regidos mediante otras Normas Técnicas, por ejemplo, el cobre (Cu) para es obtenido mediante un proceso llamado refinamiento de ahí a este material se le aplica la tecnología para tener algunos productos tales como cables eléctricos, cables desnudos, bobinas, etc.  A los materiales los podemos dividir en tres clases: Los Materiales Eléctricos Conductores, tales como el cobre (Cu), el aluminio (Al), también pueden ser soluciones, gases; también están Los Materiales Eléctricos Aislantes, donde se encuentran resinas, cerámicas, mica, aceites de otros materiales; por último están Los Materiales Eléctricos Magnéticos.
3. 3. 1- MATERIALES ELÉCTRICOS CONDUCTORES.  Materiales cuya resistencia al paso de la corriente es muy baja.  Un material aislante posee una resistencia de hasta 1024 veces que un buen material conductor.  Sus propiedades generales son: las eléctricas, las mecánicas y las fisico- químicas.  Se subdividen en conductores, semiconductores y superconductores.
4. 4. A) Propiedades Eléctricas de los Materiales Conductores  Resistencia eléctrica. Constituye un índice de la oposición que ofrece ante el paso de la corriente eléctrica.  Resistividad eléctrica. Es la medida de una cantidad de unidad de material dado.  Conductividad eléctrica. Es la inversa de la resistividad.
5. 5. B) Propiedades Mecánica de los Materiales Conductores Por estar sometidos a esfuerzos mecánicos, están las siguientes propiedades:  Coeficiente de trabajo a la tracción.  Coeficiente de trabajo a la compresión.  Coeficiente de trabajo a la flexión.  Coeficiente de trabajo a la cortadura.  Módulo de elasticidad.  Dureza.
6. 6. C) Propiedades Fisico-químicas de los Materiales Conductores  Calor específico. Es la cantidad de calor necesaria para elevar la unidad del cuerpo de la temperatura t1 a la temperatura t2.  Conductividad térmica. Facilidad que el material presenta al paso de calor.  Coeficiente de conductividad térmica. Es el número de calorías gramos que atraviesan perpendicularmente, en un segundo, una superficie de un centímetro cuadrado de una lámina que tenga un centímetro de espesor y cuyas caras se mantengan a temperaturas que difieran entre sí, un grado centígrado.  Coeficiente de dilatación lineal.
7. 7. Conductores.  Es un cuerpo que presenta alta conductividad y puede ser utilizado como portador de corriente eléctrica.  Los conductores se ven afectados por la variación de la temperatura y por las variaciones de esfuerzos mecánicos durante el servicio.  Pueden ser conductores sólidos, líquidos (soluciones) o gaseosos.
8. 8. Conductores-sólidos Características Físicas.  Opacos a espesores normales.  Buena conductividad térmica y eléctrica.  Buena dureza o resistencia a ralladuras.  Resistencia longitudinal a la rotura.  Elasticidad.  Maleabilidad.  Resistencia a la fatiga.  Ductilidad.
9. 9. Conductores-sólidos Características Químicas.  Forman óxidos básicos.  Baja energía de ionización. Características Eléctricas.  Posee resistencia al flujo de electricidad.  Elevada conductividad térmica.
10. 10. Conductores-líquidos En general el agua con sales tales como cloruros, sulfuros y carbonatos, etc., son buenos conductores, debido a que las sales actúan como agente reductores, donante de electrones.
11. 11. Conductores-gaseosos En los gases la condición que implica el paso de una corriente se conoce como el fenómeno de descarga o "ruptura" eléctrica del gas, paso de un comportamiento no conductor (baja corriente) a conductor.  Tienden a adquirir electrones.  Tienden a formar óxidos ácidos.
12. 12. Conductores-Principales Materiales Conductor de Cobre.  Cobre electrolítico.  Cobre recocido.  Cobre semiduro.  Cobre duro. Aleaciones de Cobre.  Latón.  Bronce.
13. 13. TABLA 1-Comparación del tipo de cobre. Características generales a 20 °C. MATERIAL COBRE Conductivid ad % Resistencia absoluta Ω ∙ 𝑚𝑚2 𝑚 Resistencia mecánica a la tracción 𝐾𝑔 𝑚𝑚2 Módulo de elasticida d 𝐾𝑔 𝑚𝑚2 Alargamien to a la rotura % Densidad 𝑔 𝑐𝑚3 Duro 96.5 0.01787 35 a 47 13.000 0.85 a 3.75 8.89 Recocido 100 0.017241 22 a 28 13.000 20 a 30 8.89
14. 14. Conductores-Principales Materiales Conductor de Aluminio.  Los conductores de aluminios son ampliamente utilizados hoy en día en sistemas aéreos de transmisión y distribución, así como en barras livianas y en menos escala todavía, en sistemas de baja tensión.
15. 15. TABLA 2-Norma IRAM 2189 Elemento Limite (%) Aluminio. Mínimo 99.50 Hierro. Máximo 0.10 Cobre. Máximo 0.02 Silicio. Máximo 0.30 Titanio. Máximo 0.03 Otras impurezas. Máximo 0.03
16. 16. Conductores-Principales Materiales Conductor de Aluminio.  Aleaciones de Aluminio. TABLA 3-Aleaciones de Aluminio. Designación IRAM Silicio (%) Hierro (%) Cobre (%) Manganeso (%) Magnesio (%) 1601 0.30-0.60 0.50 0.10 0.03 0.35-0.80 1606 0.50-0.90 0.50 0.10 0.03 0.60-0.90
17. 17. Conductores-Principales Materiales Conductores de Aluminio-Acero.  Aceros para uso eléctrico. Se lo emplean como alma mecánica de conductores tipo aluminio-acero y, en menor escala, en conductores aleación de aluminio-acero y cobre-acero, siendo más bien estos últimos de uso excepcional.
18. 18. Conductores-Principales Materiales Conductores de Aluminio-Acero.  Aceros para uso eléctrico. TABLA 4-Características del cobre y aluminio. Aluminio Cobre A IGUAL CONDUCTIBIDAD ELECTRICA Relación de las secciones 1.64 1 Relación de los diámetros 1.28 1 Relación de los pesos 0.50 1 Relación de las cargas a la rotura 0.78 1 A IGUAL CALENTAMIENTO Relación de las secciones 1.405 1 Relación de los pesos 0.424 1 A IGUAL SECCION Relación de las conductividades 0.61 1 Relación de los pesos 0.30 1
19. 19. Semiconductores En el grupo 4B de la tabla periódica se encuentran los semiconductores elementales entre los cuales está el germanio y el silicio. Los semiconductores compuestos están formados por elementos de los grupos 2B y 6B de la tabla periódica (CdS, CdSe, CdTe, HgCdTe, etc.) y se conocen como semiconductores II-VI (dos seis). También pueden formarse al combinar elementos de los grupos 3B y 5B de la tabla periódica (GaN, GaAs, AlAs, Alp, Inp, etc.). Estos se conocen como semiconductores III-V (tres cinco).
20. 20. TABLA 5-Propiedades de semiconductores de uso común a temperatura ambiente Semiconductor Brecha de banda (𝑒𝑉) Movilidad de electrones (𝜇 𝑛) ( 𝑐𝑚2 𝑉 − 𝑠 ) Movilidad de orificios (𝜇 𝑝) ( 𝑐𝑚2 𝑉 − 𝑠 ) Constante dieléctrica (𝑘) Resistividad (Ω ∙ 𝑐𝑚) Densidad ( 𝑔 𝑐𝑚2 ) Temperatura de fusión (°𝐶) Silicio (Si) 1.11 1350 480 11.8 2.5x105 2.33 1415 Silicio amorfo (a:Si:H) 1.70 1 10-2 ~11.8 1010 ~2.30 - Germanio (Ge) 0.67 3900 1900 16.0 43 5.32 936 SiC (𝛼) 2.86 500 - 10.2 1010 3.21 2830 Arseniuro de galio (GaAs) 1.43 8500 400 13.2 4x108 5.31 1238 Diamante ~5.50 1800 1500 5.7 >1018 3.52 ~3550
21. 21. Semiconductores Semiconductores extrínsecos.  Al agregar intencionalmente un pequeño número de átomos de impurezas al material (procedimiento conocido como dopado o adulteración), es posible producir un semiconductor extrínseco.  La conductividad del semiconductor extrínseco depende principalmente de número de átomos de impurezas, o dopante, y en cierto margen de temperatura es independiente de la temperatura, es la razón por la que casi siempre se usan semiconductores extrínseco es para fabricar dispositivos.
22. 22. Semiconductores Semiconductores de tipo n.  Suponga que el silicio o que al germanio se agrega un átomo de impurezas, por ejemplo de antimonio, que contiene una valencia y cinco. Cuadro de los electrones del átomo de antimonio participan en el proceso de enlace covalente, en tanto que del electrón adicional entra a un nivel de energía justo por debajo de la banda de conducción.  Como del electrón adicional no está enlazado fuertemente a los átomos, sólo se requiere de un pequeño aumento de energía, 𝐸 𝑑, para que el electrón entre a la banda de conducción. Un dopante tipo n “dona” un electrón libre de cada impureza agregada. La brecha de energía que controla la conductividad es ahora 𝐸 𝑑 en lugar de 𝐸𝑔.  No se crearon orificios correspondientes cuando los electrones donantes entrada a la banda de conducción. Será el caso de que pares electrón-orificio son creados cuando la energía térmica hace que los electrones sean promovidos a la banda de conducción desde la banda de valencia; no obstante, el número de pares de electrón-orificio es de importancia sólo de altas temperaturas.
23. 23. Semiconductores Semiconductores de tipo p.  Cuando al Si o al Ge se le agrega una impureza de galio pode boro, y tienen una valencia de tres, no hay suficientes electrones para completar el proceso de enlace covalente. Se crea un orificio en la banda de valencia a quien puede ser llamado por electrones desde otros lugares de la banda.  Los orificios a actuar como “aceptantes” de electrones. Estos lugares de orificios tienen una energía un poco más alta de lo normal y crear un nivel aceptable de posibles energías de electrones justo arriba de la banda de valencia.  Un electrón debe ganar un energía de sólo 𝐸 𝑎 para crear un orificio que la banda de valencia. El orificio entonces porta energía. Éste se conoce como semiconductor tipo p.
24. 24. Semiconductores-Aplicaciones  Fabricación de diodos, transistores, láseres, LED’s.
25. 25. 2- MATERIALES ELÉCTRICOS AISLANTES  Se denomina material aislante eléctrico a toda sustancia de tan baja conductividad eléctrica, que el paso a través de ella puede ser despreciado. La pequeña corriente que pasa a través del aislante se denomina corriente de fuga y la intensidad de esta que puede ser tolerada, determinará la clase de material que puede utilizarse.  También se les denomina dieléctricos.
26. 26. 2- MATERIALES ELÉCTRICOS AISLANTES Cumplen 2 misiones fundamentales:  Permitir aislar eléctricamente los conductores entre sí y estos mismos conductores respecto a tierra o a una masa metálica.  Modificar, en gran proporción el campo eléctrico que los atraviesa.
27. 27. Tipos de Materiales Aislantes  Materiales cerámicos.  Materiales aislantes a base de mica.  Materiales aislantes celulósicos y textiles.  Elastómeros.  Siliconas.  Aceites.  Plásticos (Polímero).  Baquelita (Polímero).  Lubricantes.
28. 28. Clasificación de los Materiales Aislantes  Un criterio muy interesante para clasificar los materiales aislantes y que ha sido adoptado universalmente, es el que hace referencia a la temperatura máxima de funcionamiento continuo que puede alcanzar un material aislante determinado.  Iniciada en Estados Unidos por la A.I.E.E (American Institute of Electrical Engineers) y de adoptada posteriormente por la C.E.I. (Comisión Electrotecnia Internacional), estableciendo varias clases térmicas.
29. 29. Clasificación de los Materiales Aislantes Clase Y (trabajo bajo los 90 °C)  Algodón.  Seda.  Papel sin impregnación.  Polietileno reticulado.  Cartones aislantes sin impregnar fibra vulcanizada.  Madera, etc.
30. 30. Clase A (trabajo bajo los 105 °C)  Algodón, seda, papel, impregnados o sumergidos en dieléctrico líquido.  Materiales moldeados o estratificados con relleno de celulosa.  Láminas y hojas de acetato de celulosa y otros derivados de celulosa de propiedades semejantes.  Fibra vulcanizada y madera, convenientemente impregnadas.  Policloruro de vinilo.  Barnices aislantes a base de resinas naturales, asfaltos naturales y fenólicos modificados.
31. 31. Clase E (trabajo bajo los 120 °C)  Esmaltes a base de acetato de polivinilo, esmaltados cubiertos con fibras naturales o artificiales.  Papel baquelizado, películas de tereftalato de polietileno. Fenólicas u otras resinas de características semejantes.  Moldeados y estratificados con base de algodón o papel y resinas.  Barnices de resinas alquidicas.
32. 32. Clase B (trabajo bajo los 130 °C)  Esmaltes a base de resinas de poliuretanos.  Tejidos de vidrio y de amianto impregnados con barnices de resinas sintéticas y de aceite.  Mica y papel de mica aglomerada con goma laca, compuestos asfálticos y resinas alquidicas.  Aislamiento de caucho etileno-propileno.  Moldeados y estratificados de amianto y fibra de vidrio con resinas fenólicas, de melanina, epoxidicas o de poliéster.  Tejidos de vidrio-amianto.  Arniches de resinas de melanina, epoxidicas y de poliéster.
33. 33. Clase F (trabajo bajo los 155 °C)  Tejido de fibra de vidrio al tratado con resinas de poliéster.  Militar y papel de mica, aglomerada con resinas de poliéster o con resinas epoxidicas.  Estratificados a base de tejido de vidrio y resinas epoxidicas de gran resistencia térmica.  Estratificado amianto-vidrio.
34. 34. Clase H (trabajo bajo los 180 °C)  Aislamiento de elastómeros de siliconas.  Tejidos de fibra de vidrio, aglomerados con resinas de siliconas.  Unidad y papel de mica, aglomerados con siliconas.  Estratificados de fibra de vidrio y resinas de siliconas.  Barnices es aislantes a base de resinas siliconas.
35. 35. Clase C (trabajo superior a los 180 °C)  Aislamiento de elastómeros de siliconas.  Tejidos de fibra de vidrio, aglomerados con resinas de siliconas.  Unidad y papel de mica, aglomerados con siliconas.  Estratificados de fibra de vidrio y resinas de siliconas.  Barnices es aislantes a base de resinas siliconas.
36. 36. TABLA 6-CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES AISLANTES UTILIZADOS EN ELECTROTECNIA Clases de aislamiento Y A E B F H C Temperatura ambiente °C 40 40 40 40 40 40 40 Sobre elevación máxima de temperatura °C 45 60 75 80 100 125 Mayor a 125 Diferencia máxima entre el punto más caliente y el bobinado o sistema conductor 5 5 5 10 15 15 15 Temperatura límite °C 90 105 120 130 155 180 Mayor a 180
37. 37. Especificaciones Técnicas de los Materiales Aislantes Especificaciones Técnicas Mecánicas.  Resistencia a la tracción.  Resistencia a la compresión.  Resistencia a la flexión.  Resistencia a la cortadura.  Resistencia al choque.  Dureza.  Límite elástico.  Maquinabilidad.
38. 38. Especificaciones Técnicas Térmicas.  Calor específico.  Conductividad térmica.  Inflamabilidad.  Temperatura de seguridad. Especificaciones Técnicas Físicas.  Peso específico.  Porosidad.  Higroscopicidad.
39. 39. Especificaciones Técnicas Químicas.  Resistencia al Ozono.  Resistencia a la luz solar.  Resistencia a los ácidos alcalinos.  Resistencia a los aceites.
40. 40. 3- MATERIALES ELÉCTRICOS MAGNÉTICOS  Estrictamente hablando, no existe ningún material “no magnético”. Todo está formado por átomos; los átomos están formados por electrones que giran alrededor de los átomos, igual que una espira portadora de corriente que genera un campo magnético.  Entonces, toda la materia responde a un campo magnético. La forma en que se mide la escala de esta respuesta de electrones y átomos de un material determina si éste es muy magnético o poco magnético.
41. 41. Clasificación de los Materiales Magnéticos  Diamagnetismo. Un átomo magnético que actúa sobre cualquier átomo induce polo magnético para todo el átomo, al influir en el campo magnético causado por los electrones órbitas. Estos dipolos se oponen al campo magnético haciendo que la magnetización sea menor a cero.
42. 42.  Paramagnetismo. Cuando los materiales que de electrones impares, a cada átomo se asocia un momento magnético neto debido al giro de los electrones. Al aplicarse en campo magnético, los dipolos quedan alineados con el campo, causando una magnetización positiva. Cuando los dipolos no interactúan, se requieren campos magnéticos extremadamente grandes para alinear todos dipolos. Además, el efecto se pierde tan pronto como se retira de campo magnético.
43. 43.  Ferromagnetismo. Es causado por los niveles de energía no totalmente ocupados en el nivel 3d del hierro, el níquel y el cobalto. También se observa un comportamiento similar en otros materiales, incluyendo el gadolinio (Gd). En materiales ferromagnéticos, los dipolos impares permanentes quedan alineados con facilidad con el campo magnético impuesto debido a la interacción de intercambio, por refuerzo mutuo de los dipolos. Se obtienen grandes magnetizaciones, incluso para campos magnéticos pequeños, dando grandes susceptibilidades que se aproximan a 106.
44. 44.  Antiferromagnetismo. En materiales como el manganeso, el cromo, el MnO y el NiO, los momentos magnéticos producidos en dipolos acá nos quedan alineados en oposición a algún otro en el campo magnético, incluso sin la fuerza de cada dipolo es muy alta.
45. 45.  Ferrimagnetismo. En materiales cerámicos, diferentes iones tienen distintos momentos magnéticos. En un campo magnético, los dipolos del catión A pueden alinearse con el campo, en tanto que los dipolos del catión B se oponen al campo. Pero, debido a que la intensidad o el número de dipolos no son iguales, resulta una magnetización neta. Los materiales ferrimagnéticos pueden dar buena amplificación del campo impuesto. La mayor parte de los materiales ferrimagnéticos son cerámicos y buenos aislantes de la electricidad. Entonces, en estos materiales, las pérdidas eléctricas (conocidas como pérdidas por corrientes parásitas) son mucho menores en comparación con las de los materiales ferromagnéticos metálicos. Es por esto que las ferritas se utilizan en numerosas aplicaciones de alta frecuencia.
46. 46.  Superparamagnetismo. Cuando el tamaño de grano de los materiales ferromagnéticos y de los ferrimagnéticos disminuye por debajo de cierto tamaño crítico, estos materiales se comportan como si fueran paramagnéticos. La energía del dipolo magnético de cada partícula se vuelve comparable a la energía térmica. Este pequeño momento magnético cambia su dirección de manera aleatoria (como resultado de la energía térmica). Es por eso que el material se comporta como si no tuviera un momento magnético neto.
47. 47. Aplicaciones de los Materiales Magnéticos  Materiales magnéticos blandos. Los materiales ferromagnéticos se utilizan con frecuencia para mejorar la densidad del flujo magnético (B) producida cuando se hace pasar una corriente eléctrica por el material. Entonces espera que el campo magnético realice trabajo. Entre sus aplicaciones se deben mencionar los núcleos para electroimanes, los motores eléctricos, los transformadores, los generadores y otros equipos eléctricos.
48. 48. TABLA 7-Propiedades de materiales magnéticos blando seleccionados Nombre Composición Permeabilidad 𝜇 𝑟 Coercitividad 𝐻𝑐(𝐴 ∙ 𝑚−1) Retentividad 𝐵𝑟(𝑇) 𝐵 𝑚á𝑥 (𝑇) Resistividad (𝜇Ω ∙ 𝑚) Inicial Máxima Hierro en lingotes 99.8% Fe 150 5 000 80 0.77 2.14 0.10 Acero al bajo carbono 99.5% Fe 200 4 000 100 2.14 1.12 Hierro al silicio, sin orientación Fe-3% Si 270 8 000 60 2.01 0.47 Hierro al silicio, de grano orientado Fe-3% Si 1 400 50 000 7 1.20 2.01 0.50 Aleación 4750 Fe-48% Ni 11 000 80 000 2 1.55 0.48 Permalloy 4-79 Fe-4% Mo-79% Ni 40 000 200 000 1 0.80 0.58 Superalloy Fe-5% Mo-80% Ni 80 000 450 000 0.4 0.78 0.65 Permendur 2-V Fe-2% V-49% Co 800 450 000 0.4 0.78 0.65 Supermendur Fe-2% V-49% Co 100 000 16 2.00 2.30 0.40 Metglasa 2650SC Fe81B13.5Si3.5C2 300 000 3 1.46 1.61 1.35 Metglasa 2650S-2 Be78B13S9 600 000 2 1.35 1.56 1.37 Ferrita MnZn H5C2b 10 000 7 0.09 0.40 1.5x105 Ferrita MnZn H5Eb 18 000 3 0.12 0.44 5x104 Ferrita NiZn K5b 290 80 0.25 0.33 2x1012 aMarca registrada de Allied Corporation. bCódigo de ferrita TDK.
49. 49.  Materiales para almacenamiento de datos. Los materiales magnéticos utilizan para el almacenamiento de datos. Se almacena la memoria magnitud Santo un material incierta dirección. Por ejemplo, si el polo “norte” está activo, el bit de información almacenada es igual a 1. Si el polo “norte” no está activo, entonces lo que se almacena es un 0. Para es la aplicación, son preferibles los materiales con un ciclo de histéresis cuadrado, una permanencia baja, una magnetización por saturación también baja y un campo coercitivo reducido.
50. 50.  Imanes permanentes. Los materiales magnéticos utilizan para la fabricación de imanes permanentes de gran potencia. Los imanes permanentes poderosos, ya veces se denominan imanes duros, requiriendo siguiente: 1. Al remanencia (dominios estables). 2. Alta permeabilidad. 3. Alto campo coercitivo. 4. Ciclo de histéresis grande. 5. Alta potencia (o elevado productor BH).
51. 51. TABLA 8-Propiedades de materiales magnéticos seleccionados duros, o permanentes. Material Nombre común 𝜇0 𝑀𝑟 (𝑇) 𝜇0 𝐻𝑐 (𝑇) (𝐵𝐻) 𝑚á𝑥 (𝐾𝐽 ∙ 𝑚−3 ) 𝑇𝑐 (°𝐶) Fe-Co Acero Co 1.07 0.02 6 887 Fe-Co-Al-Ni Alnico-5 1.05 0.06 44 880 BaFe12O19 Ferrita 0.42 0.31 34 469 SmCo5 Sm-Co 0.87 0.80 144 723 Nd2Fe14B Nd-Fe-B 1.23 1.21 290-445 312

MATERIALES SUPERCONDUCTORES

https://es.wikipedia.org/wiki/Superconductividad

Superconductividad

Efecto Meissner.

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Imán levitando sobre un superconductor.

Se denomina superconductividad a la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica sinresistencia ni pérdida de energía en determinadas condiciones. Fue descubierto por el físico neerlandés Heike Kamerlingh Onnes el 8 de abril de 1911 en Leiden.

La resistividad eléctrica de un conductor metálico disminuye gradualmente a medida que la temperatura se reduce. Sin embargo, en los conductores ordinarios, como el cobre y la plata, las impurezas y otros defectos producen un valor límite. Incluso cerca de cero absoluto una muestra de cobre muestra una resistencia no nula. La resistencia de un superconductor, en cambio, desciende bruscamente a cero cuando el material se enfría por debajo de su temperatura crítica. Una corriente eléctrica que fluye en una espiral de cable superconductor puede persistir indefinidamente sin fuente de alimentación. Al igual que el ferromagnetismo y laslíneas espectrales atómicas, la superconductividad es un fenómeno de la mecánica cuántica.

La superconductividad ocurre en una gran variedad de materiales, incluyendo elementos simples como el estaño y el aluminio, diversas aleaciones metálicas y algunos semiconductores fuertemente dopados. La superconductividad, normalmente, no ocurre enmetales nobles como el cobre y la plata, ni en la mayoría de los metales ferromagnéticos. Pero en ciertos casos, el oro se clasifica como superconductor; por sus funciones y los mecanismos aplicados.

Comportamiento magnético[editar]

Expulsión del campo magnético.

Aunque la propiedad más sobresaliente de los superconductores es la ausencia de resistencia, lo cierto es que no podemos decir que se trate de un material de conductividad infinita, ya que este tipo de material por sí solo no tiene sentido termodinámico. En realidad un material superconductor de tipo I es perfectamente diamagnético. Esto hace que no permita que penetre en el campo, lo que se conoce como efecto Meissner.

El campo magnético distingue dos tipos de superconductores: los de tipo I, que no permiten en absoluto que penetre un campo magnético externo (lo cual conlleva un esfuerzo energético alto, e implica la ruptura brusca del estado superconductor si se supera la temperatura crítica), y los de tipo II, que son superconductores imperfectos, en el sentido en que el campo realmente penetra a través de pequeñas canalizaciones denominadas vórtices de Abrikosov, o fluxones. Estos dos tipos de superconductores son de hecho dos fases diferentes que fueron predichas por Lev Davidovich Landau y Aleksey Alekséyevich Abrikósov.

Cuando a un superconductor de tipo II le aplicamos un campo magnético externo débil lo repele perfectamente. Si lo aumentamos, el sistema se vuelve inestable y prefiere introducir vórtices para disminuir su energía. Estos van aumentando en número colocándose en redes de vórtices que pueden ser observados mediante técnicas adecuadas. Cuando el campo es suficientemente alto, el número de defectos es tan alto que el material deja de ser superconductor. Éste es el campo crítico que hace que un material deje de ser superconductor y que depende de la temperatura.

Comportamiento eléctrico[editar]

La aparición del superdiamagnetismo es debida a la capacidad del material de crear supercorrientes. Estas son corrientes de electrones que no disipan energía, de manera que se pueden mantener eternamente sin obedecer el Efecto Joule de pérdida de energía por generación de calor. Las corrientes crean el intenso campo magnético necesario para sustentar el efecto Meissner. Estas mismas corrientes permiten transmitir energía sin gasto energético, lo que representa el efecto más espectacular de este tipo de materiales. Debido a que la cantidad de electrones superconductores es finita, la cantidad de corriente que puede soportar el material es limitada. Por tanto, existe unacorriente crítica a partir de la cual el material deja de ser superconductor y comienza a disipar energía.

En los superconductores de tipo II, la aparición de fluxones provoca que, incluso para corrientes inferiores a la crítica, se detecte una cierta disipación de energía debida al choque de los vórtices con los átomos de la red.

Calor específico[editar]

En los metales el calor específico es una función de la temperatura. Cuando la temperatura es muy baja, pero el metal está en el estado normal (es decir, cuando aún no está en estado superconductor) el calor específico tiene la forma

${\displaystyle C_{v}=aT+bT^{3}\,\!}$

donde a y b son constantes que se pueden medir mediante experimentos. El primer término (el término lineal) refleja la conducción eléctrica, mientras que el segundo término (el que varía con el cubo de la temperatura) se debe a los fonones (es decir, a las vibraciones de la red).

Sin embargo, si seguimos enfriando y el metal pasa al estado superconductor, este comportamiento cambia radicalmente: el calor específico tiene una discontinuidad en la temperatura crítica, aumentando sensiblemente, para después variar de la forma

${\displaystyle C_{v}={\begin{cases}constante\cdot T^{3},&{\mbox{si }}T\sim T_{c}\\constante\cdot e^{-\alpha T_{c}/T},&{\mbox{si }}T\sim 0\end{cases}}}$

La siguiente gráfica muestra la dependencia del calor específico recién explicada (de color azul), y, adicionalmente, muestra cómo varía la resistividad (de color verde):

Nótese como el calor específico aumenta bruscamente a un valor igual a unas 2.5 veces el valor en el estado normal. Este valor es independiente del material superconductor, y está explicado en el marco de la teoría BCS.

Historia de la superconductividad[editar]

El descubrimiento[editar]

Ya en el siglo XIX se llevaron a cabo diversos experimentos para medir la resistencia eléctrica a bajas temperaturas, siendo James Dewar el primer pionero en este campo.

Sin embargo, la superconductividad como tal no se descubriría hasta 1911, año en que el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes observó que la resistencia eléctrica delmercurio desaparecía bruscamente al enfriarse a 4 K (-269 °C), cuando lo que se esperaba era que disminuyera gradualmente hasta el cero absoluto. Gracias a sus descubrimientos, principalmente por su método para lograr la producción de helio líquido, recibiría dos años más tarde el premio Nobel de física. Durante los primeros años el fenómeno fue conocido como supraconductividad.

En 1913 se descubre que un campo magnético suficientemente grande también destruye el estado superconductor, descubriéndose tres años después la existencia de una corriente eléctrica crítica.

Puesto que se trata de un fenómeno esencialmente cuántico, no se hicieron grandes avances en la comprensión de la superconductividad, puesto que la comprensión y las herramientas matemáticas de que disponían los físicos de la época no fueron suficientes para afrontar el problema hasta los años cincuenta. Por ello, la investigación fue hasta entonces meramente fenomenológica, como por ejemplo el descubrimiento del efecto Meissner en 1933 y su primera explicación mediante el desarrollo de la ecuación de London dos años más tarde por parte de los hermanos Fritz y Heinz London.

Las teorías principales[editar]

Los mayores avances en la comprensión de la superconductividad tuvieron lugar en los años cincuenta: en 1950 es publicada la teoría Ginzburg-Landau, y en 1957 vería la luz la teoría BCS.

La teoría BCS fue desarrollada por Bardeen, Cooper y Schrieffer (de sus iniciales surge el nombre BCS), gracias a lo cual los tres recibirían el premio Nobel de física en 1972. Esta teoría se pudo desarrollar gracias a dos pistas fundamentales ofrecidas por físicos experimentales a principios de los años cincuenta:

• el descubrimiento del efecto isotópico en 1950 (que vinculó la superconductividad con la red cristalina),
• y el descubrimiento de Lars Onsager en 1953 de que los portadores de carga son en realidad parejas de electrones llamados pares de Cooper (resultado de experimentos sobre la cuantización flujo magnético que pasa a través de un anillo superconductor).

La teoría Ginzburg-Landau es una generalización de la teoría de London desarrollada por Vitaly Ginzburg y Lev Landau en 1950.¹​ Si bien esta teoría precede siete años a la teoría BCS, los físicos de Europa Occidental y Estados Unidos le prestaron poca atención por su carácter más fenomenológico que teórico, unido a la incomunicación de aquellos años entre ambos lados del Telón de Acero. Esta situación cambió en 1959, año en que Lev Gor'kov demostró que se podía derivar rigurosamente a partir de la teoría microscópica²​ en un artículo que también publicó en inglés.³​

En 1962 Brian David Josephson predijo que podría haber corriente eléctrica entre dos superconductores incluso si hubiera una pequeña separación entre estos, debido al efecto túnel. Un año más tarde Anderson y Rowell lo confirmaron experimentalmente. El efecto sería conocido como efecto Josephson, y está entre los fenómenos más importantes de los superconductores, teniendo gran variedad de aplicaciones, desde la magnetoencefalografía hasta la predicción de terremotos.

Los superconductores de alta temperatura[editar]

Véase también: Cable de HTS

Tras algunos años de relativo estancamiento, en 1987 Bednorz y Müller descubrieron que una familia de materiales cerámicos, los óxidos de cobre con estructura de perovsquita, eran superconductores con temperaturas críticas superiores a 90 kelvin. Estos materiales, conocidos como superconductores de alta temperatura, estimularon un renovado interés en la investigación de la superconductividad. Como tema de la investigación pura, estos materiales constituyen un nuevo fenómeno que solo se explica por el hecho de que hace pasar los electrones por parejas o "pares de Cooper". Y, debido a que el estado superconductor persiste hasta temperaturas más manejables, superiores al punto de ebullición del nitrógeno líquido, muchas aplicaciones comerciales serían viables, sobre todo si se descubrieran materiales con temperaturas críticas aún mayores.

Cómo obtener materiales superconductores[editar]

Debido a las bajas temperaturas que se necesitan para conseguir la superconductividad, los materiales más comunes se suelen enfriar con helio líquido (el nitrógeno líquido sólo es útil cuando se manejan superconductores de alta temperatura). El montaje necesario es complejo y costoso, utilizándose en muy contadas aplicaciones como, por ejemplo, la construcción de electroimanes muy potentes para resonancia magnética nuclear.

Sin embargo, en los años 80 se descubrieron los superconductores de alta temperatura, que muestran la transición de fase a temperaturas superiores a la transición líquido-vapor del nitrógeno líquido. Esto ha abaratado mucho los costos en el estudio de estos materiales y abierto la puerta a la existencia de materiales superconductores a temperatura ambiente, lo que supondría una revolución en la industria del siglo XXI. La mayor desventaja de estos materiales es su composición cerámica, lo que lo hace poco apropiado para fabricar cables mediante deformación plástica, el uso más obvio de este tipo de materiales. Sin embargo se han desarrollado técnicas nuevas para la fabricación de cintas como IBAD (deposición asistida mediante haz de iones). Mediante esta técnica se han logrado cables de longitudes mayores de 1 kilómetro.

Teoría[editar]

Si bien el fenómeno de la superconductividad es un tema abierto en física, en la actualidad hay dos enfoques fundamentales: el microscópico o mecano cuántico (basado en la teoría BCS) y el macroscópico o fenomenológico (en el cual se centra la teoría Ginzburg-Landau).

Un superconductor no es simplemente un conductor normal perfecto[editar]

Al contrario de lo que se podría pensar en principio, un superconductor se comporta de un modo muy distinto a los conductores normales: no se trata de un conductor cuya resistencia es cercana a cero, sino que la resistencia es exactamente igual a cero. Esto no se puede explicar mediante los modelos empleados para los conductores habituales, como por ejemplo el modelo de Drude.

Para demostrar esto vamos a suponer la hipótesis opuesta: imaginemos por un momento que un superconductor se comporta como un conductor normal. En tal caso, tendríamos que los electrones son esparcidos de alguna manera y su ecuación del movimiento sería:

${\displaystyle m{\frac {d}{dt}}\langle {\vec {v}}\rangle =-e{\vec {E}}}$

donde ${\displaystyle \langle {\vec {v}}\rangle }$ es la velocidad media de los electrones, m su masa, e su carga y ${\displaystyle {\vec {E}}}$ el campo eléctrico en el que se mueven. Suponiendo que dicho campo varía suavemente, al resolverla llegaríamos a la ley de Ohm:

${\displaystyle {\vec {J}}=\sigma {\vec {E}}={\frac {ne^{2}\tau }{m}}{\vec {E}}}$

donde ${\displaystyle {\vec {J}}}$ es la densidad de corriente, ${\displaystyle \sigma }$ la conductividad eléctrica, ${\displaystyle \tau }$ el tiempo entre colisiones, y n la densidad de electrones.

Ahora bien, si suponemos que la resistencia tiende a cero, tendríamos que la conductividad tiende a infinito y por lo tanto el tiempo entre colisiones, ${\displaystyle \tau }$, tendería a infinito. Dicho de otra manera, no habría colisiones en absoluto. Esta es la idea de cómo se comportaría un conductor normal que tuviera resistencia nula. Sin embargo, esto significaría que, puesto que la densidad de corriente no puede ser infinita, la única posibilidad es que el campo eléctrico sea nulo:

${\displaystyle {\vec {E}}=0}$

No obstante, teniendo en cuenta la ley de Faraday, un campo eléctrico nulo implica que el campo magnético ha de ser constante:

${\displaystyle \nabla \times {\vec {E}}=-{\frac {\partial {\vec {B}}}{\partial t}}=0\rightarrow {\vec {B}}(t)=constante}$

pero esto entra en contradicción con el efecto Meissner, de modo que la superconductividad es un fenómeno muy diferente a la que implicaría una "conductividad perfecta", y requiere una teoría diferente que los explique.

Teoría BCS[editar]

Artículo principal: Teoría BCS

La teoría microscópica más aceptada para explicar los superconductores es la Teoría BCS, presentada en 1957. La superconductividad se puede explicar como una aplicación del Condensado de Bose-Einstein. Sin embargo, los electrones son fermiones, por lo que no se les puede aplicar esta teoría directamente. La idea en la que se basa la teoría BCS es que los electrones se aparean formando un par de fermiones que se comporta como un bosón. Esta pareja se denomina par de Cooper y su enlace está justificado en las interacciones de los electrones entre sí mediada por la estructura cristalina del material.

Teoría Ginzburg-Landau[editar]

Artículo principal: Teoría Ginzburg-Landau

Otro enfoque diferente es mediante la Teoría Ginzburg-Landau, que se centra más en las propiedades macroscópicas que en la teoría microscópica, basándose en la ruptura de simetrías en la transición de fase.

Esta teoría predice mucho mejor las propiedades de sustancias inhomogéneas, ya que la teoría BCS es aplicable únicamente si la sustancia es homogénea, es decir, si la energía de la banda prohibida es constante en el espacio. Cuando la sustancia es inhomogénea, el problema puede ser intratable desde el punto de vista microscópico.

La teoría se fundamenta en un cálculo variacional en el que se trata de minimizar la energía libre de Helmholtz con respecto a la densidad de electrones que se encuentran en el estado superconductor. Las condiciones para aplicar la teoría son:

• las temperaturas manejadas tienen que estar cerca de la temperatura crítica, dado que se fundamenta en un desarrollo en serie de Taylor alrededor de T_c.
• La pseudofunción de onda Ψ, así como el potencial vector ${\displaystyle {\vec {A}}}$, tienen que variar suavemente.

Esta teoría predice dos longitudes características:

• longitud de penetración: es la distancia que penetra el campo magnético en el material superconductor
• longitud de coherencia: es el tamaño aproximado del par de Cooper

Clasificación[editar]

Artículo principal: Clasificación de los superconductores

Los superconductores se pueden clasificar en función de:

• Su comportamiento físico, pueden ser de tipo I (con un cambio brusco de una fase a otra, o en otras palabras, si sufre un cambio de fase de primer orden) o de tipo II (si pasan por un estado mixto en que conviven ambas fases, o dicho de otro modo, si sufre un cambio de fase de segundo orden).

• La teoría que los explica, llamándose convencionales (si son explicados por la teoría BCS) o no convencionales (en caso contrario).

• Su temperatura crítica, siendo de alta temperatura (generalmente se llaman así si se puede alcanzar su estado conductor enfriándolos con nitrógeno líquido, es decir, si T_c> 77K), o de baja temperatura (si no es así).

• El material de que están hechos, pudiendo ser elementos puros (como el mercurio o el plomo), superconductores orgánicos (si están en forma de fulerenos o nanotubos, lo cual los podría incluir en cierto modo entre los elementos puros, ya que están hechos de carbono), cerámicas (entre las que destacan las del grupo YBCO y el diboruro de magnesio) o aleaciones.

Aplicaciones[editar]

Los imanes superconductores son algunos de los electroimanes más poderosos conocidos. Se utilizan en los trenes maglev, en máquinas para la resonancia magnética nuclearen hospitales y en el direccionamiento del haz de un acelerador de partículas. También pueden utilizarse para la separación magnética, en donde partículas magnéticas débiles se extraen de un fondo de partículas menos o no magnéticas, como en las industrias de pigmentos.

Los superconductores se han utilizado también para hacer circuitos digitales y filtros de radiofrecuencia y microondas para estaciones base de telefonía móvil.

Los superconductores se usan para construir uniones Josephson, que son los bloques de construcción de los SQUIDs (dispositivos superconductores de interferencia cuántica), los magnetómetros conocidos más sensibles. Una serie de dispositivos Josephson se han utilizado para definir el voltio en el sistema internacional (SI). En función de la modalidad de funcionamiento, una unión Josephson se puede utilizar como detector de fotones o como mezclador. El gran cambio en la resistencia a la transición del estado normal al estado superconductor se utiliza para construir termómetros en detectores de fotones criogénicos.

Están apareciendo nuevos mercados donde la relativa eficiencia, el tamaño y el peso de los dispositivos basados en los superconductores de alta temperatura son superiores a los gastos adicionales que ellos suponen.

Aplicaciones futuras prometedoras incluyen transformadores de alto rendimiento, dispositivos de almacenamiento de energía, la transmisión de energía eléctrica, motores eléctricos (por ejemplo, para la propulsión de vehículos, como en vactrains o trenes maglev) y dispositivos de levitación magnética. Sin embargo la superconductividad es sensible a los campos magnéticos en movimiento de modo que las aplicaciones que usan corriente alterna (por ejemplo, los transformadores) serán más difíciles de elaborar que las que dependen de corriente continua.

EL COLTAN

http://www.mundodigital.net/coltan-o-coltan-el-mineral-de-componentes-electronicos/

Coltan, el mineral clave para la fabricación de componentes electrónicos

Vicente Burgos

INTRODUCCIÓN

Es muy probable que la mayoría hayáis oído hablar del coltán. Se trata de un mineral que se utiliza para fabricar componentes claves de los móviles, smartphones y dispositivos electrónicos portátiles cada vez más potentes y sofisticados. Periódicamente se le menciona en los medios como responsable indirecto (en parte) de la atroz guerra crónica que sufre la República Democrática del Congo (donde se hallan las mayores reservas mundiales de coltán). Actualmente se encuentra en estudio su extracción en la comunidad autónoma de Galicia por una empresa canadiense.

El coltan o coltán es una mezcla de los minerales columbita (una mena de columbio o niobio) y tantalita (una mena de Tantalio). El coltán es de color gris metálico oscuro. Sabemos, por tanto, para qué se usa. Sabemos de dónde se extrae. Pero en general, cuando se habla de este mineral, a la mayoría se le olvida decir lo que es. La palabra coltán es una abreviatura de columbita-tantalita.

APLICACIÓN

Se trata de un recurso estratégico imprescindible en la fabricación de componentes electrónicos avanzados. El tántalo se usa principalmente en la elaboración de condensadores. El condensador electrolítico de tántalo es, en la actualidad, un tipo bastante común de condensador presente en gran cantidad de dispositivos electrónicos, como en teléfonos móviles, computadoras, pantallas de plasma, cámaras digitales o equipos de alta tecnología como, por ejemplo, los satélites artificiales. Estos dispositivos son cada vez más pequeños, delgados y fiables gracias, en gran parte, al uso de los condensadores electrolíticos SMD de tántalo, que han ido sustituyendo a los condensadores electrolíticos tradicionales. Aunque la mayoría de los dispositivos electrónicos pueden funcionar con condensadores electrolíticos normales, los condensadores electrolíticos de tántalo tienen valores de capacidad eléctrica más exactos y, en especial, son mucho más pequeños. Esto los hace ideales para las exigencias actuales de miniaturización de los dispositivos electrónicos. La gran demanda de estos condensadores ha elevado el precio del tántalo. Un condensador de tántalo cuesta más que un condensador electrolítico normal de las mismas características.

Otro campo de aplicación interesante de este metal es el de las comunicaciones ópticas. El niobato de litio (LiNbO3) se usa en guías de onda, moduladores y conmutadores optoelectrónicos o láseres. Este compuesto es clave para poder elaborar redes de fibra óptica más rápidas y eficientes, y así, entre otras cosas, poder disfrutar de conexiones más rápidas a Internet.

COMPOSICIÓN QUÍMICA

La columbita está compuesta por óxidos de niobio, hierro y manganeso [(Fe, Mn) Nb2O6], y latantalita está compuesta por óxido de tántalo, hierro y manganeso [(Fe, Mn) Ta2O6] en cualquier proporción. Estos óxidos constituyen una solución sólida en ambos minerales. Son escasos en la naturaleza y dan un claro ejemplo de materiales que han pasado de ser considerados simples curiosidades mineralógicas a cruciales para el avance tecnológico debido a sus nuevas aplicaciones.

La columbita y la tantalita son muy similares, con un aspecto oscuro y veteado. En realidad, podríamos decir que se trata del mismo mineral, con la fórmula [(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6]. Si predomina el niobio frente al tantalio tenemos columbita (más ligera), y si predomina el tantalio (en cuyo caso, siendo estrictos, la fórmula sería [(Fe, Mn)(Ta, Nb)2O6]) tenemos la tantalita, que es más densa. El coltán es el nombre genérico que recibe la mezcla de ambas.

Tantalio

El interés de la explotación del coltán es fundamentalmente poder extraer el tantalio (símbolo químico Ta). Es un metal de transición muy resistente a la corrosión e inerte, por lo cual es

muy valorado como sustituto del platino en la instrumentación. Sin embargo su ‘boom’ llegó con la telefonía móvil. Los condensadores electrolíticos de tantalio son totalmente análogos a los más habituales de aluminio, por ejemplo. Sin embargo, con el tantalio podemos conseguir una mayor capacidad con un menor tamaño. Como los condensadores son vitales en cualquier dispositivo electrónico, a la hora de fabricar dispositivos portátiles interesa que dichos condensadores sean tan pequeños como sea posible.

Sin salir de la electrónica, el tantalio se emplea para fabricar resistencias de alta potencia. Se utiliza también en superaleaciones empleadas en las turbinas de los aviones o los reactores nucleares, así como para recubrir prótesis humanas. Se trata, por todo ello, de un metal imprescindible para la tecnología moderna, aunque hasta el despegue de la ‘electrónica personal’, no se habían necesitado cantidades masivas.

Niobio

Si el tantalio fue bautizado en honor al Tántalo de la mitología griega, su hija Niobe fue la que dio nombre al niobio (símbolo Nb). Esta denominación tiene una razón: el niobio se descubrió precisamente analizando los restos obtenidos de la producción de tantalio. Por lo demás, el niobio es un metal de transición bastante similar al tantalio (se encuentra encima de él en la tabla periódica), aunque más ligero. Sólo una pequeña parte del niobio se usa en electrónica (por  tanto, el tantalio es más ‘culpable’ de la moda del coltán). Aun así, sus propiedades lo convierten en un material cotizado.

FIBRA OPTICA

https://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica

La fibra óptica es un medio de transmisión, empleado habitualmente en redes de datos y telecomunicaciones, consistente en un hilomuy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. La fuente de luz puede ser un láser o un diodo led.

Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de la radio y superiores a las de un cable convencional. Son el medio de transmisión por cable más avanzado, al ser inmune a las interferencias electromagnéticas, y también se utilizan para redes locales donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión.

Historia[editar]

Jean-Daniel Colladon fue el primero en describir la "fuente de luz" en el artículo que en 1842 tituló On the reflections of a ray of light inside a parabolic liquid stream. Ilustración de este último artículo de Colladon, en 1884.

Los antiguos griegos usaban espejos para transmitir información, de modo rudimentario, usando luz solar. En 1792, Claude Chappediseñó un sistema de telegrafía óptica, que, mediante el uso de un código, torres y espejos distribuidos a lo largo de los 200 km que separan a Lille de París, conseguía transmitir un mensaje en tan sólo 16 minutos.

Aunque en 1820 eran conocidas las ecuaciones por las que se rige la captura de la luz dentro de una placa de cristal lisa, no sería sino 90 años más tarde (1910) cuando estas ecuaciones se aplicaron hacia los llamados cables de vidrio gracias a los trabajos de los físicosDemetrius Hondros y Peter Debye en 1910.¹​

El confinamiento de la luz por refracción, el principio que posibilita la fibra óptica, fue demostrado por Jean-Daniel Colladon y Jacques Babinet en París en los comienzos de la década de 1840. El físico irlandés John Tyndall descubrió que la luz podía viajar dentro del agua, curvándose por reflexión interna, y en 1870 presentó sus estudios ante los miembros de la Real Sociedad.²​ A partir de este principio se llevaron a cabo una serie de estudios, en los que se demostró el potencial del cristal como medio eficaz de transmisión a larga distancia. Además, se desarrollaron una serie de aplicaciones basadas en dicho principio para iluminar corrientes de agua en fuentes públicas. Más tarde, el ingeniero escocés John Logie Baird registró patentes que describían la utilización de bastones sólidos de vidrio en la transmisión de luz, para su empleo en su sistema electromecánico de televisión en color. Sin embargo, las técnicas y los materiales usados no permitían la transmisión de la luz con buen rendimiento. Las pérdidas de señal óptica eran grandes y no había dispositivos de acoplamiento óptico.

Solamente en 1950 las fibras ópticas comenzaron a interesar a los investigadores, con muchas aplicaciones prácticas que estaban siendo desarrolladas. En 1952, el físico Narinder Singh Kapany, apoyándose en los estudios de John Tyndall, realizó experimentos que condujeron a la invención de la fibra óptica.

Uno de los primeros usos de la fibra óptica fue emplear un haz de fibras para la transmisión de imágenes, que se usó en el endoscopio. Usando la fibra óptica, se consiguió un endoscopio semiflexible, el cual fue patentado por la Universidad de Míchigan en 1956. En este invento se usaron unas nuevas fibras forradas con un material de bajo índice de refracción, ya que antes se impregnaban con aceites o ceras. En esta misma época, se empezaron a utilizar filamentos delgados como el cabello que transportaban luz a distancias cortas, tanto en la industria como en la medicina, de forma que la luz podía llegar a lugares que de otra forma serían inaccesibles. El único problema era que esta luz perdía hasta el 99 % de su intensidad al atravesar distancias de hasta 9 metros de fibra.

Charles K. Kao, en su tesis doctoral de 1956, estimó que las máximas pérdidas que debería tener la fibra óptica, para que resultara práctica en enlaces de comunicaciones, eran de 20 decibelios por kilómetro.

En 1966, en un comunicado dirigido a la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia, los investigadores Charles K. Kao y George Hockham, de los laboratorios Standard Telecommunications, en Inglaterra, afirmaron que se podía disponer de fibras de una transparencia mayor y propusieron el uso de fibras de vidrio y de luz, en lugar deelectricidad y conductores metálicos, en la transmisión de mensajes telefónicos. La obtención de tales fibras exigió grandes esfuerzos de los investigadores, ya que las fibras hasta entonces presentaban pérdidas del orden de 100 dB/km, además de una banda pasante estrecha y una enorme fragilidad mecánica. Este estudio constituyó la base para reducir las pérdidas de las señales ópticas que hasta el momento eran muy significativas y no permitían el aprovechamiento de esta tecnología. En un artículo teórico, demostraron que las grandes pérdidas características de las fibras existentes se debían a impurezas diminutas intrínsecas del cristal. Como resultado de este estudio fueron fabricadas nuevas fibras con atenuación de 20 dB/km y una banda pasante de 1 GHz para un largo de 1 km, con la perspectiva de sustituir los cables coaxiales. La utilización de fibras de 100 µm de diámetro, envueltas en fibras de nylon resistente, permitirían la construcción de hilos tan fuertes que no podían romperse con las manos. Hoy ya existen fibras ópticas con atenuaciones tan pequeñas de hasta 1 dB/km, lo que es muchísimo menor a las pérdidas de un cable coaxial.

En 1970, los investigadores Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz, además de Frank Zimar que trabajaban para Corning Glass, fabricaron la primera fibra óptica aplicando impurezas de titanio en sílice, con cientos de metros de largo con la claridad cristalina que Kao y Hockman habían propuesto, aunque las pérdidas eran de 17 dB/km.³​⁴​Durante esta década, las técnicas de fabricación se mejoraron, consiguiendo pérdidas de tan solo 0,5 dB/km.

Poco después, los físicos Morton B. Panish e Izuo Hayashi, de los Laboratorios Bell, mostraron un láser de semiconductores que podía funcionar continuamente a temperatura ambiente. Además, John MacChesney y sus colaboradores, también de los laboratorios Bell, desarrollaron independientemente métodos de preparación de fibras. Todas estas actividades marcaron un punto decisivo ya que ahora, existían los medios para llevar las comunicaciones de fibra óptica fuera de los laboratorios, al campo de la ingeniería habitual. Durante la siguiente década, a medida que continuaban las investigaciones, las fibras ópticas mejoraron constantemente su transparencia.

El 22 de abril de 1977, General Telephone and Electronics envió la primera transmisión telefónica a través de fibra óptica, en 6 Mbit/s, en Long Beach, California.

Un dispositivo que permitió el uso de la fibra óptica en conexiones interurbanas, reduciendo su coste, fue el amplificador óptico inventado por David N. Payne, de la Universidad de Southampton, y por Emmanuel Desurvire en los Laboratorios Bell. A ambos se les concedió la Medalla Benjamin Franklin en 1988.

Cable submarino de fibra óptica.

En 1980, las mejores fibras eran tan transparentes que una señal podía atravesar 240 kilómetros de fibra antes de debilitarse hasta ser indetectable. Pero las fibras ópticas con este grado de transparencia no se podían fabricar usando métodos tradicionales. Otro avance se produjo cuando los investigadores se dieron cuenta de que el cristal de sílice puro, sin ninguna impureza de metal que absorbiese luz, solamente se podía fabricar directamente a partir de componentes de vapor, evitando de esta forma la contaminación que inevitablemente resultaba del uso convencional de los crisoles de fundición. La tecnología en desarrollo se basaba principalmente en el conocimiento de la termodinámica química, una ciencia perfeccionada por tres generaciones de químicos desde su adopción original por parte de Willard Gibbs, en el siglo XIX.

También en 1980, AT&T presentó a la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos un proyecto de un sistema de 978 kilómetros que conectaría las principales ciudades del trayecto de Boston a Washington D. C. Cuatro años después, cuando el sistema comenzó a funcionar, su cable, de menos de 25 centímetros de diámetro, proporcionaba 80 000 canales de voz para conversaciones telefónicas simultáneas. Para entonces, la longitud total de los cables de fibra únicamente en los Estados Unidos alcanzaba 400 000 kilómetros.

El primer enlace transoceánico con fibra óptica fue el TAT-8 que comenzó a operar en 1988, usando un cristal tan transparente que los amplificadores para regenerar las señales débiles se podían colocar a distancias de más de 64 kilómetros. Tres años después, otro cable transatlántico duplicó la capacidad del primero. Desde entonces, se ha empleado fibra óptica en multitud de enlaces transoceánicos o entre ciudades, y paulatinamente se va extendiendo su uso desde las redes troncales de las operadoras hacia los usuarios finales.

Hoy en día, debido a sus mínimas pérdidas de señal y a sus óptimas propiedades de ancho de banda, además de peso y tamaño reducidos la fibra óptica puede ser usada a distancias más largas que el cable de cobre.

Proceso de fabricación[editar]

Artículo principal: Fabricación de la fibra óptica

Para la creación de la preforma existen cuatro procesos que son principalmente utilizados.

La etapa de fabricación de la preforma puede ser a través de alguno de los siguientes métodos:

• M.C.V.D (Modified Chemical Vapor Deposition)

Fue desarrollado originalmente por Corning Glass y modificado por los Laboratorios Bell para su uso industrial. Utiliza un tubo de cuarzo puro de donde se parte y es depositada en su interior la mezcla de dióxido de silicio y aditivos de dopado en forma de capas concéntricas. A continuación en el proceso industrial se instala el tubo en un torno giratorio. El tubo es calentado hasta alcanzar una temperatura comprendida entre 1400 °C y 1600 °C mediante un quemador de hidrógeno y oxígeno. Al girar el torno, el quemador comienza a desplazarse a lo largo del tubo. Por un extremo del tubo se introducen los aditivos de dopado, parte fundamental del proceso, ya que de la proporción de estos aditivos dependerá el perfil final del índice de refracción del núcleo. La deposición de las sucesivas capas se obtienen de las sucesivas pasadas del quemador, mientras el torno gira; quedando de esta forma sintetizado el núcleo de la fibra óptica. La operación que resta es el colapso, se logra igualmente con el continuo desplazamiento del quemador, solo que ahora a una temperatura comprendida entre 1700 °C y 1800 °C. Precisamente es ésta temperatura la que garantiza el ablandamiento del cuarzo, convirtiéndose así el tubo en el cilindro macizo que constituye la preforma. Las dimensiones de la preforma suelen ser de un metro de longitud útil y de un centímetro de diámetro exterior.

• V.A.D (Vapor Axial Deposition)

Su funcionamiento se basa en la técnica desarrollada por la Nippon Telephone and Telegraph (N.T.T), muy utilizado en Japón por compañías dedicadas a la fabricación de fibras ópticas. La materia prima que utiliza es la misma que el método M.C.V.D, su diferencia con éste radica, que en este último solamente se depositaba el núcleo, mientras que en este además del núcleo de la FO se deposita el revestimiento. Por esta razón debe cuidarse que en la zona de deposición axial o núcleo, se deposite más dióxido de germanio que en la periferia, lo que se logran a través de la introducción de los parámetros de diseño en el software que sirve de apoyo en el proceso de fabricación. A partir de un cilindro de vidrio auxiliar que sirve de soporte para la preforma, se inicia el proceso de creación de ésta, depositándose ordenadamente los materiales, a partir del extremo del cilindro quedando así conformada la llamada "preforma porosa". Conforme su tasa de crecimiento se va desprendiendo del cilindro auxiliar de vidrio. El siguiente paso consiste en el colapsado, donde se somete la preforma porosa a una temperatura comprendida entre los 1.500 °C y 1.700 °C, lográndose así el reblandecimiento del cuarzo. Quedando convertida la preforma porosa hueca en su interior en el cilindro macizo y transparente, mediante el cual se suele describir la preforma.

Comparado con el método anterior (M.C.V.D) tiene la ventaja de que permite obtener preformas con mayor diámetro y mayor longitud, a la vez que precisa un menor aporte energético. El inconveniente más destacado es la sofisticación del equipamiento necesario para su realización.

• O.V.D (Outside Vapor Deposition)

Desarrollado por Corning Glass Work. Parte de una varilla de substrato cerámica y un quemador. En la llama del quemador son introducidos los cloruros vaporosos y ésta caldea la varilla. A continuación se realiza el proceso denominado síntesis de la preforma, que consiste en el secado de la misma mediante cloro gaseoso y el correspondiente colapsado de forma análoga a los realizados con el método V.A.D, quedando así sintetizados el núcleo y revestimiento de la preforma.

Entre las Ventajas, es de citar que las tasas de deposición que se alcanzan son del orden de ${\displaystyle 4.3g/min}$, lo que representa una tasa de fabricación de FO de ${\displaystyle 5km/h}$, habiendo sido eliminadas las pérdidas iniciales en el paso de estirado de la preforma. También es posible la fabricación de fibras de muy baja atenuación y de gran calidad mediante la optimización en el proceso de secado, porque los perfiles así obtenidos son lisos y sin estructura anular reconocible.

• P.C.V.D (Plasma Chemical Vapor Deposition)

Es desarrollado por la empresa holandesa Philips y se caracteriza por la obtención de perfiles lisos sin estructura anular reconocible. Su principio se basa en la oxidación de los cloruros de silicio y germanio, creando en éstos un estado de plasma, seguido del proceso de deposición interior.

MATERIALES SINTETICOS

https://www.lifeder.com/materiales-sinteticos/

Los materiales sintéticos son aquellos materiales que están hechos de polímeros sintetizados o de pequeñas moléculas. Los compuestos usados para realizar estos materiales vienen de químicos derivados del petróleo o petroquímicos.

Distintos compuestos químicos se usan para fabricar distintos tipos de fibras. La mayoría de los materiales sintéticos están fabricados de químicos que provienen de polímeros, por lo tanto son más fuertes y resistentes.

Los materiales sintéticos componen casi la mitad de todos de los materiales que son utilizados en todos los campos de la tecnología textil. Existen distintos métodos para fabricar estos materiales, pero el más común es el torneado en estado de fusión. En este proceso, se utilizan altas temperaturas para cambiar y moldear la forma y las dimensiones de las fibras o materiales sintéticos.

Estos materiales son resistentes y suelen ofrecer características amigables para el consumidor. Algunas de las características más comunes son materiales a prueba de agua, materiales que se pueden estirar y piezas resistentes a las manchas.

Esto es posible ya que las fibras naturales son sensibles a los elementos y tienden a quebrarse con el paso del tiempo; esto quiere decir que son biodegradables. Las fibras naturales también son propensas a daños de plagas que se alimentan de ellas, como es el caso de las polillas que se alimentan del algodón, lana y seda.

Las fibras sintéticas son inmune a estas plagas y no sufren los daños por exposición al sol, agua o aceite. Algunos de los materiales sintéticos más comunes son el nylon, el poliéster, la fibra de carbón, el rayón y el spandex o licra.

MATERIALES CON FORMA DE MEMORIA

https://www.xatakaciencia.com/tecnologia/materiales-con-memoria-de-forma

Materiales que reaccionan bajo cambios físicos o químicos, variaciones de campos magnéticos o eléctricos, y que al volver a las condiciones iniciales recuperan su forma original, capaces de repetir este proceso infinidad de veces sin deteriorase.

Son los materiales con memoria de forma, capaces de auto diagnosticarse y repararse, gracias a su capacidad de cambio. A estos materiales se les asigna una forma inicial, y después de ser sometidos al campo físico o reacción química correspondiente, se ajusta su forma, de manera que se consigue que, en la presencia de dicho campo o reacción el material varíe entre las dos formas deseadas. 

En la imagen de arriba del todo vemos un fluido que al caer al plato, el cual esta sometido a un campo eléctrico, cristaliza inmediatamente. En las imágenes superiores vemos como un muelle de metal, tras ser estirado mas allá de su límite (ya que como se ve, no se puede recoger solo), al ser sometido al calor de, por ejemplo, una llama, es capaz de auto-regenerarse, recuperando tanto su forma inicial como su elasticidad

Esta clase de materiales tienen infinidad de aplicaciones, por ejemplo sustituyendo a las válvulas de los motores o a rodamientos, ya que se podría aprovechar la capacidad de auto-regeneración para no tener que cambiarlos si se degradan, sino con someterlos al campo adecuado estaría solucionado el problema.

MATERIALES HIBRIDOS

https://triplenlace.com/2014/08/05/materiales-hbridos-orgnicoinorgnicos/

Como su nombre indica, un material híbrido orgánico/inorgánico surge de la combinación de dos o más materiales de ambos tipos. Pero no es una mera mezcla física, sino un composite en el que la química tiene mucho que decir porque los componentes interactúan a nivel molecular.

Existe una gran variedad de materiales de este tipo, desde los que produce la naturaleza como los huesos o el nácar hasta materiales químicamente funcionalizados como los que se fabrican a base del colorante orgánico índigo embebido en una matriz de sílice/circonia y sirven como revestimiento de pantallas de televisión.

Se aplican en campos tan diversos como la óptica, la electrónica, los acumuladores de energía, las membranas, los baños protectores, los catalizadores, los sensores, la biología… La Wikipedia cita esta lista de aplicaciones:

• Revestimientos decorativos por la incorporación de colorantes.
• Revestimientos resistentes a arañazos con propiedades hidrofóbicas o anti-vaho.
• Aplicaciones electrónicas y optoelectrónicos como diodos emisores de luz ,fotodiodos, células solares, sensores de gas y transistores de efecto de campo.
• Materiales ignífugos para la industria de la construcción.
• Nanocompuestos para empastes dentales.
• Baterías de litio de estado sólido
• Supercondensadores .
• Membranas para celdas de combustible .
• Recubrimientos antiestáticos / antirreflectantes
• Portección contra la corrosión

Estudios en España

Recientemente, científicos del Instituto de Ciencia Molecular de la Universidad de Valencia, del Instituto de Tecnología Química de laUniversidad Politécnica de Valencia y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas han realizado un estudio para obtener nuevos materiales híbridos diseñados químicamente que permitan la modulación de las propiedades magnéticas de un material inorgánico basado en hidróxidos mediante moléculas orgánicas tipo azo fotoactivas. Ante una excitación con luz ultravioleta de estas moléculas, las láminas de la matriz inorgánica disminuyen su distancia y, por tanto, se alteran sus propiedades magnéticas. El material laminar híbrido puede volver a sus propiedades originales cuando se expone al agua o a una cierta humedad del aire, por el hecho de que se recupera la distancia inicial entre las láminas de la matriz inorgánica.

PREGUNTAS Y RESPUESTAS

1. ¿Qué servicios presta el aire?

1. Mejora el rendimiento físico por la reducción de la contaminación en CO2.
2. Optimiza el proceso de recuperación después del ejercicio físico.
3. Favorece los mecanismos antioxidantes del organismo al combinarse con laactividad física.
4. Revitaliza los mecanismos naturales de eliminación de toxinas y células muertas.
5. Proporciona un tratamiento antienvejecimiento de forma natural al estimular el colágeno y elastina.
6. Disminuye significativamente las dificultades respiratorias al aislarnos de las sustancias potencialmente alergénicas.
7. Reduce significativamente cualquier riesgo de proceso infeccioso durante su utilización.
8. Elimina la absorción desustancias cancerígenas producidas por lacontaminación ambiental.
9. Reduce drásticamente el nivel de metales pesados que respiramos del aire.
10. No tiene ninguna contraindicación ni efecto secundario y mejora la calidad de vida de quien la utiliza.

2. ¿Qué servicios prestan los animales?

DE LOS ANIMALES

OBTENEMOS MUCHOS BENEFICIOS:

1.-ALIMENTO

2.-VESTIDO

3.-TRANSPORTE

4.-COMPAÑÍA

5.-DEFENSA

6.-OCIO

3. ¿Qué servicio presta el carbón?

Otros usuarios importantes de carbón son las refinerías de alúmina, los fabricantes de papel y las industrias farmacéuticas. Varios productos químicos pueden ser producidos a partir de los subproductos del carbón. El alquitrán de hulla refinado se utiliza en la fabricación de productos como el aceite de creosota, naftaleno, fenol, y el benceno. El gas de amoníaco recuperado de los hornos de coque se utiliza para fabricar sales de amoníaco, ácido nítrico y fertilizantes agrícolas. Adicionalmente los sub-productos del carbón son utilizados como componentes para jabones, aspirinas, disolventes, colorantes, plásticos y fibras, como el rayón y el nylon.

4. ¿Qué servicios presta los minerales?

Prestan servicios para la creación de joyas, productos finos, y con esto se puede hacer la compra-venta de los mismos y se crea un mercado grande para esto.

5. ¿Qué servicio presta el gas natural?

• Para los hogares
• Industria
• Comercio
• Vehículos
• Constructores

6. ¿Qué servicio presta el petroleo?

• Asfalto
• Combustible de aviación
• Shale Oil & Gas
• Biocombustibles
  • Biodiesel
  • Etanol   
• Combustible de barcos
• Soda cáustica
• Sustancias químicas
• Carbón, coque
• Condensados
• Petróleo
• Combustibles diesel
• Pruebas de fluidos
• Combustibles y gasolinas
• Refinación de hidrocarburos gaseosos
• Destilados pesados
• Turbosina
• Queroseno
• Metano
• Destilados intermedios
• Nafta
• Gas natural
• Combustible residual
• Cera parafínica
• Petroquímicos
• Coque de petróleo
• Potasa
• Gas presurizado
• Refinación de “Transmix”
• VGO (Gasóleo de vacío)

7. ¿Qué servicios prestan las plantas?

• Creación de medicinas
• Frutos
• Aire (O2)

8. ¿Qué servicios presta el sol?

• Energia solar
• Calentamiento
• Nutre a las plantas

9. ¿Qué servicios presta el agua?

• Da energia hidraulica
• Nos hidrata
• Permite hacer jugos y alimentos

10. ¿Cual es la clasificación de los recursos naturales?, de ejemplo por cada uno.

RECURSOS NATURALES RENOVABLES

• El sol: el sol es uno de los recursos energéticos más importantes y de hecho es el más inagotable de los que existe en nuestro planeta. Es por ello que cada vez se promueve más el uso de la energía solar.
• El agua: otro recurso natural que resulta indispensable para la vida de todos los seres vivos que habitan el planeta Tierra es el agua. Y además, se trata de una fuente energética, gracias a los movimientos de las masas de agua. Es muy importante su cuidado puesto que los procesos para purificarla resultan costosos. Si bien es renovable, es limitado. Más información aquí.
• El viento: otro recurso natural que es inagotable e indispensable como fuente de energía, que se capta a través de molinos, es el viento.
• El papel: a partir de la madera o incluso reciclándolo, el papel es otro recurso que se renueva fácilmente, por lo que nunca podría escasear.
• El cuero: otro bien que es muy utilizado por las personas y que resulta inagotable, por lo que sigue siendo una opción para producir prendas de vestir y otros productos, es el cuero.
• Los biocombustibles: estos productos que permiten generar energía se producen a partir de los alcoholes que derivan de la caña de azúcar o de distintas semillas y plantas. En los últimos años se han convertido en la alternativa del diesel, que sí es agotable.
• La madera: a partir de la tala de árboles se puede obtener madera para la producción de distintos bienes, como pueden ser los muebles. Ahora bien, como se mencionó antes, es esencial que la tala no sea compulsiva, porque podría superar el tiempo que lleva la regeneración de este producto y así, se corre el riesgo de que escasee este bien tan útil y fundamental.
• Las mareas: estos cambios en el nivel del mar como consecuencia de la fuerza de atracción gravitatoria también resultan inagotables. Este recurso es utilizado en muchas comunidades para generar energía.
• La energía geotérmica: otro recurso que resulta inagotable es esta fuente de energía, que se produce a partir de las elevadas temperaturas que se generan en el interior del planeta Tierra. La magnitud de esta energía es equivalente a la solar, de allí su importancia.
• Productos agrícolas: todos aquellos productos que se obtienen a partir de actividades agrarias, como puede ser el maíz, la soja, el tomate o la naranja, parecieran ser inagotables, siempre y cuando se tomen precauciones para no agotar los suelos.

RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES

El petróleo y los minerales son ejemplos de recursos no renovables, porque fueron necesarios miles de años para que se formaran y por lo tanto, al ser utilizados, no pueden ser regenerados.

EJEMPLOS DE RECURSOS NATURALES

1. los metales
2. los minerales
3. el petróleo
4. el gas natural

RECURSOS NATURALES INAGOTABLES

Los recursos naturales inagotables, son los que no se acaban. No importa el número de actividades productivas que el ser humano realice con estos recursos, ya que éste nunca se agotará.

EJEMPLOS DE RECURSOS INAGOTABLES

1. la luz solar
2. el viento
3. las olas del mar

11. ¿Qué son recursos naturales bioticos?

Recursos Bióticos. Estos recursos son los que nos brinda la naturaleza, los cuales el hombre utiliza, para producir bienes y servicios, y que se regeneran por la ley natural, siempre y cuando se exploten de manera racional, de lo contrario podrían convertirse enrecursos no renovables.

12. Mencione 5 fuentes de contaminación

• Polvo
• Humo
• Pulverización de agua marina
• Gases sulfurosos
• Polen

13. ¿A qué se le llama ecologismo?

El ecologismo es un movimiento social que busca un modelo de sociedad donde las personas puedan vivir en plena comunicación con la naturaleza y los demás seres humanos. El ecologismo es la última ideología que se ha incorporado a las preocupaciones de la sociedad, y es la que más impulso tiene en la actualidad.

14. ¿Qué es el calentamiento global?

El término Calentamiento Global se refiere a la observación acerca de que la atmósfera cercana a la superficie del planeta se está calentando, sin ninguna implicación en lo referente a la causa o magnitud.

15. ¿Qué es la biodiversidad?

La biodiversidad o diversidad biológica es la variedad de la vida. Este reciente concepto incluye varios niveles de la organización biológica. Abarca a la diversidad de especies de plantas, animales, hongos y microorganismos que viven en un espacio determinado, a su variabilidad genética, a los ecosistemas de los cuales forman parte estas especies y a los paisajes o regiones en donde se ubican los ecosistemas. También incluye los procesos ecológicos y evolutivos que se dan a nivel de genes, especies, ecosistemas y paisajes.

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El niobio se usa en superaleaciones con aplicaciones en la aeronáutica, pero quizá su propiedad más