El documento trata sobre los materiales y la ingeniería. Explica que los ingenieros requieren nuevos materiales que resistan altas temperaturas y tengan mayor relación resistencia-peso. Además, los ingenieros deben tener nociones básicas sobre los materiales para realizar su trabajo de manera eficiente. Luego describe la estructura del átomo, los diferentes tipos de enlaces entre átomos, las características de los materiales metálicos, cerámicos y polímeros, y la estructura cristalina de los materiales.

2. Los Materiales y la Ingeniería
• La búsqueda de nuevos materiales es
permanente. Por ejemplo, los ingenieros
mecánicos requieren de materiales que
resistan altas temperaturas de modo que
los motores a reacciones puedan funcionar
con mayor eficiencia. Los ingenieros
aeronáuticos requieren de materiales con
mayor relación resistencia- peso para
vehículos aeroespaciales.

4. • Los ingenieros de todas las disciplinas
deben tener nociones básicas sobre los
materiales de ingeniería para poder realizar
sus labores con mayor eficiencia.

5. La estructura de los Átomos
El átomo:
Está formado por un núcleo, que contiene
neutrones y protones, el que a su vez esta
rodeado por electrones.
Los atamos constan principalmente de tres
partículas subatómicas; protones, neutrones
y electrones.

6. Número de átomo
Es el número de electrones o protones de un
átomo.

8. Masa atómica
• (peso atómico) M, es la masa de una cantidad
de átomos igual al número de Avogadro,
NA=6.023 x 1023 mol ( el cual es el número de
átomos o moléculas en un mol o molécula
gramo), la cual se expresa en unidades de
g/mol.

9. Formula
• No. De átomos:

10. Enlaces atómicos
Cuando átomos con orbitales incompletos están
en un estado inestable e interaccionan con
otros átomos de manera controlada, tal que
comparten o intercambian electrones entre
ellos para lograr un estado estable de los
orbitales incompletos, se forma así un enlace.

11. Enlaces iónicos
• Los en laces iónicos pueden formarse entre
elementos muy electropositivos ( metálicos) y
elementos muy electronegativos ( no
metálicos). Ambos átomos ahora tendrán su
nivel de energía externo lleno y a la vez han
adquirido una carga eléctrica y se comportan
como iones. El átomo que cede los electrones
queda con carga neta positiva y es un catión;
en tanto que el que acepta los electrones
adquiere carga neta negativa y es un anión.

13. • Las fuerzas iónicas de enlace son debidas
a la fuerza de atracción electrostática entre
iones con carga opuesta. Los enlaces
iónicos se forman entre iones con carga
opuesta porque se produce una
disminución de energía para los iones
enlazados.

14. Características
Algunas características de este tipo de enlace son:
·Tiene altos puntos de fusión y ebullición.
·Son enlaces resultantes de la interacción entre los metales de
los grupos I y II y los no metales de los grupos VI y VII.
·Son solubles, como en agua y otras disoluciones acuosas.
·Una vez fundidos o en solución acuosa, sí conducen
la electricidad.
·En estado sólido no conducen la electricidad.

15. Enlace Covalente
• Un enlace covalente : entre dos átomos o grupos
de átomos se produce cuando estos alcanzar el
octeto estable, comparten electrones en el
último nivel. La diferencia de
electronegatividades entre los átomos no es
suficientemente grande como para que se
efectúe una transferencia de electrones. De esta
forma, los dos átomos comparten uno o más
pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital,
denominado orbital molecular. Los enlaces
covalentes se suelen producir entre elementos
gaseosos o no metales.

17. • Aunque los enlaces covalentes son muy
fuertes, los materiales enlazados de esta
manera por lo general tienen ductilidad y
mala conductividad electrónica y térmica.
Para que se mueva un electrón y pueda
transportar corriente, debe romperse el
enlace covalente, lo que requiere de altas
temperaturas o voltaje.

19. ¿Qué mantiene la unión?
La fuerza de atracción entre las cargas positivas
de los núcleos y las cargas negativas de los
electrones que se comparten.

20. Los enlaces covalentes se pueden clasificar
según la cantidad de enlaces:

21. Otra forma de clasificar el enlace covalente
es según su diferencia de
electronegatividad.

22. Los enlaces covalentes posen las siguientes
características:
1.- Puntos de fusión y ebullición bajos
2.- Malos conductores de calor y la
electricidad.
3.-Ser blandos.
4.-Solubles en agua ( polares). Insolubles en
agua ( apolares).
5.- Baja resistencia mecánica.

23. Enlaces Metálico
• Es el enlace que se da entre elementos de
electronegatividades bajas y muy parecidas,
en este caso, de metales. Ninguno de los
átomos tiene más posibilidades que el otro de
perder o ganar los electrones. La forma de
cumplir la regla del octeto es mediante la
compartición de electrones entre muchos
átomos
• La vinculación metálica es apolar, apenas hay
diferencia de electronegatividad entre los
átomos que participan en la interacción.

24. Características físicas:
• Alta resistencia mecánica.
• Maleabilidad y ductibilidad (formación de
láminas)
• Generalmente son duros.
• Gran conductibilidad eléctrica y térmica (por
el desplazamiento efectivo de los electrones
de valencia).

26. Enlaces de Van der Waals
• Los enlaces de Van der Waals unen
moléculas o grupos de átomos mediante
una atracción electrostática débil.

27. Al calentar el agua hasta el punto de
ebullición se rompen los enlaces de van
der Waals y el agua se convierte en vapor.

28. • MATERIALES METALICOS. Sustancias
inorgánicas compuestas de uno o mas
elementos metálicos. Los átomos de los
materiales metálicos se mantienen unidos
gracias a un enlace metálico. Muchos de los
metales son dúctiles (tienen la capacidad de
deformarse).
• Hierro
• Cobre
• Aluminio
• Níquel
• Titanio

29. • MATERIALES CERAMICOS. Los átomos de los
cerámicos se caracterizan por tener enlaces
iónicos
• Ladrillos
• Vidrio
• Losa
• Aislantes
• Abrasivos

30. • MATERIALES POLIMEROS.
Forman moléculas muy grandes que se
mantienen unidas por medio de enlaces
covalentes.
• Plásticos
• Muchos tipos de adhesivos

31. Estructura
• El arreglo atómico juega un papel
importante en la determinación de la
microestructura y en el comportamiento de
un material solido. Por ejemplo, el arreglo
atómico en el aluminio proporciona buena
ductilidad, en tanto que en el hierro es la
causa de una buena resistencia.

32. • Sin Orden: en gases como el argón, los
átomos no tienen orden y llenan de
manera aleatoria el espacio en el cual esta
confinado el gas.

33. Se emplea como gas de relleno en lámparas
incandescentes ya que no reacciona con el
material del filamento incluso a alta
temperatura y presión.
- Soldadura por arco y soldadura a gas.

34. • (a) los gases inertes no tienen un orden regular en sus
átomos. (b, c) algunos materiales, incluyendo el vapor agua y
el vidrio. Tienen orden en una distancia muy corta. (d) los
metales y muchos otros sólidos tienen un orden regular de
los átomos que se extienden por todo el material.

35. • Orden de corto alcance de corto alcance: un
material muestra orden de corto alcance si el
arreglo especial de los átomos se extienden a los
vecinos mas cercanos de dicho átomo.
• Orden de lago alcance: los metales
semiconductores, muchos materiales cerámicos e
incluso algunos polímeros tienen una estructura
cristalina en la cual los átomos muestran tanto un
orden de corto alcance como un orden de largo
alcance, el arreglo atómico especial se extiende por
todo el material.

36. Los átomos forman un patrón repetitivo,
regular, en forma de rejilla o de red.
La red es un conjunto de puntos, conocidos
como puntos de red, que están
organizados siguiendo un patrón periódico
de forma que el entorno de cada punto
en la red es idéntico

37. ESTRUCTURA CRISTALINA

38. SISTEMAS CRISTALINOS
• Sistema cristalino
A sistema cristalino es una categoría de
grupos del espacio, que caracterizan simetría
de estructuras en tres dimensiones con
simetría de translación en tres direcciones,
teniendo una clase discreta de grupos del
punto.

39. LA RED CRISTALINA
La disposición ordenada de los constituyentes
químicos en sucesiones a lo largo de los ejes, y
los planos del cristal, es decir, en las tres
direcciones del espacio, forman una red
cristalina. Repetición de la celda inicial en
todos los espacios.

40. Sistemas cristalinos(Redes de Bravais)
• Aunque existen 14 posibles celdas cristalinas,
Existen siete combinaciones diferentes en las
cuales están agrupadas en dependencia de los
parámetros de red. Cada una de esas
combinaciones constituye un sistema
cristalino.

43. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS
CRISTALINOS.
Hay 7 sistemas cristalinos:
• Triclínica
• Monoclínica
• Ortorrómbica
• Tetragonal
• Hexagonal
• cúbica
• Romboédrica

44. Triclínica
Y ningún
ángulo es de
90°.
Presentan tres ejes en el espacio, ninguno en ángulo recto, con ningún
segmento igual, como es el caso de la cafeína.

45. Monoclínica
• Presentan tres ejes en el espacio, pero sólo dos en
ángulo recto, con ningún segmento igual, como es el
caso del bórax y de la sacarosa.
• La celda es un paralelepípedo no recto de base
rectangular.

46. Ortorrómbica
Presentan tres ejes en ángulo recto pero ninguno de sus
lados o segmentos son iguales, formando hexaedros
con tres pares de caras iguales pero diferentes entre
par y par, representados por los cristales de azufre,
nitrato de potasio.

47. Ortorrómbica

48. Tetragonal
Estos cristales forman cuerpos con tres ejes en el
espacio en ángulo recto, con dos de sus
segmentos de igual magnitud, hexaedros con
cuatro caras iguales, ejemplo cristales de oxido
de estaño.

49. Tetragonal

50. Hexagonal
Presentan cuatro ejes en el espacio, formando
un hexágono y el cuarto en ángulo recto,
como son los cristales de zinc, cuarzo,
magnesio, cadmio.

51. cúbica
• Las sustancias que cristalizan bajo este sistema forman
cristales de forma cúbica, los cuales se pueden definir
como cuerpos en el espacio que manifiestan tres ejes
en ángulo recto, con “segmentos”, de igual magnitud,
que forman seis caras o lados del cubo. A esta familia
pertenecen los cristales de oro, plata, diamante,
cloruro de sodio.

52. cúbica

53. Romboédrica
Presentan tres ejes de similar ángulo entre si, pero
ninguno es recto, y segmentos iguales, como son
los cristales de arsénico, bismuto y carbonato de
calcio y mármol.

55. Direcciones y planos en la celda
unitaria
Coordenadas de los puntos: es posible localizar
ciertos puntos, como las posiciones de los
átomos en la red o en la celda unitaria,
constituyendo el sistema de coordenadas. La
distancia se mide en función de numero de
parámetros de red que habrá que moverse en
cada una de las coordenadas x, y, y z para
pasar el origen hasta el punto en cuestión.
Las coordenadas se expresan como tres
distintas y separadas cada numero con comas.

57. Direcciones en la celda unitarias
Los índices de Miller para las direcciones son la
notación abreviada de estas direcciones. El
procedimiento que determina los índices de Miller
para las direcciones es el siguiente:
1.-utilizando un sistema de coordenadas , determine
las coordenadas de dos puntos que estén en esa
dirección.
2.- reste las coordenadas del punto inicial de las
coordenadas a las del punto final para obtener el
numero de parámetros de red recorridos en la
dirección de cada eje del sistema de coordenadas.

58. • 3.- reduzca las fracciones y/o los resultados
obtenidos de la resta a los mínimos
enteros.
• 4.- encierre los números en corchetes []. Si
se obtiene un signo negativo, represéntelo
con una barra sobre el número.

59. ejemplo

60. • A) los puntos son 1,0,0 y 0,0,0
1,0,0-0,0,0=1,0,0
resultado = [1 0 0] = dirección

61. Estructura metales
Son comunes tres estructuras de redes
cristalinas en los metales:
1.- Estructura cúbica centrada:
Formada por un átomo del metal en cada uno
de los vértices de un cubo y un átomo en el
centro. Los metales que cristalizan en esta
estructura son: hierro, titanio, tungsteno,
molibdeno, niobio, vanadio, cromo, circonio,
talio, sodio y potasio.

62. • Estructura cúbica centrada

63. Estructura cúbica centrada en las caras
Está constituida por un átomo en cada vértice y
un átomo en cada cara del cubo. Los metales
que cristalizan en esta estructura son: hierro
gama, cobre, plata, platino, oro, plomo y
níquel.

64. • Estructura cúbica centrada en las caras

65. Estructura hexagonal compacta
Esta estructura está determinada por un átomo en cada
uno de los vértices de un prisma hexagonal, un átomo
en las bases del prisma y tres átomos dentro de la
celda unitaria.
Cada átomo está rodeado por doce átomos y estos
están en contacto según los lados de los hexágonos
bases del prisma hexagonal.
Los metales que cristalizan en esta forma de estructura
son: titanio, magnesio, cinc, berilio, cobalto, circonio y
cadmio.

66. • Estructura hexagonal compacta

67. MATERIALES CERÁMICOS
INTRODUCCIÓN
Los materiales cerámicos son compuestos químicos
inorgánicos o soluciones complejas, constituidos por
elementos metálicos y no metálicos unidos entre sí
principalmente mediante enlaces iónicos y/o
covalentes; con gran aplicación en alfarería,
construcción, utensilios de cocina.
Esta gran versatilidad de aplicaciones se deben a que
poseen propiedades muy características que no
pueden ser obtenidas con ningún otro material.

68. TIPO DE SUSTANCIA
• Son compuestos inorgánicos constituidos
por elementos metálicos y no metálicos.
• Su enlace puede ser iónico o covalente.
• Presenta estructura cristalina

69. ESTRUCTURA CRISTALINA
• Un gran número de materiales cerámicos
poseen estructuras típicas como la estructura
del NaCl, de blenda (ZnS) y de fluorita (CaF2).
Sin embargo la mayoría de los cerámicos
tienen estructuras cristalinas más complicadas
y variadas. Entre estas estructuras podríamos
destacar las más importantes como son:

70. • Estructura perovskita .
Ejemplo: BaTiO3, en la cual los iones de bario y oxigeno
forman una celda unidad cúbica centrada en las caras con
los iones bario en los vértices de la celda unidad, y los iones
oxido en el centro de las caras, el ión titanio se situará en el
centro de la celda unidad coordinado a seis iones oxigeno.

71. Estructura de corindón:
• Una de las forma de la alúmina, AL₂O₃ tiene la
estructura cristalina similar a una estructura
hexagonal compacta. La alúmina es un material
común que se utiliza como refractario, aislante
eléctrico y abrasivo. Otros productos cerámicos
como el Cr₂O₃ y Fe₂O₃ tienen esta estructura

72. Estructura de espinel:
Donde los iones oxigeno forman un retículo
cúbico centrado en las caras y los iones
metálicos ocupan las posiciones tetraédricas
Ejemplo: MgAl2O4 ,NiAl2O4, ZnAl2O4 y ZnFe2O4

73. El espinel MgAl2O4 es un material cerámico
muy importante en la industria refractaria ya
que tiene muy buenas cualidades de
resistencia al desgaste y al ataque químico a
altas temperaturas. Este material se produce
actualmente con materias primas puras a altas
temperaturas para ser exactos
2700°C,representando esto altos costos de
producción.

74. Estructura de grafito
Al grafito una de las formas cristalinas del carbono
aunque el carbono es un elemento y no una
combinación de átomos metálicos y no
metálicos. El grafito tiene una estructura
hexagonal por capas y se desliza como material
refractario como lubricantes y se utiliza para
hacer la mina de los lápices.
Hexagonal

75. La estructura de los silicatos
cristalinos
algunos materiales cerámicos contienen enlaces
covalentes. Un ejemplo es la forma cristobalita del
SiO2, o sílice, que es una materia prima
importante para los productos cerámicos. Es uno de
los componentes de la arena. Una de las formas en que
aparece naturalmente es el cuarzo.
Entre otras cosas, para hacer vidrio, cerámicas y cemento.
y también en cinta adhesivas de colores. El gel de sílice
es un desecante, es decir que quita la humedad del
lugar en que se encuentra. Se encuentra generalmente
en paquetes nuevos de aparatos ópticos y electrónicos.

76. Estructura cristalina de SiO2.
En el sílice, el enlace covalente requiere que
los átomos de silicio tenga 4 vecinos cercanos
( cuatro átomos de oxigeno ), los iones de
oxigeno en las esquinas de los tetraedros son
atraídos por otros iones o también, uno o
mas iones de oxigeno pueden ser compartidos
por dos grupos tetraédricos, a fin satisfacer el
equilibrio de cargas. Se resume estas
estructuras.

77. Disposición de los tetraedros de sílice: A) isla de
ortosilicato SiO4, b) isla de pirosilicato Si2O6 c)
cadena y d) anillo. Los iones positivos son
atraídos hacia los grupos de silicatos.

78. Estructuras de los polímeros
• Tipos de Polímeros:
1.Polimeros Naturales: Proceden de los seres
vivos. (Ej: Algodón, Seda, Caucho Natural).
2. Polímeros Sintéticos: Son aquellos que se
obtienen en la industria o en el laboratorio.
(Ej: Plásticos, Naylon)

79. Clasificación de los polímeros
• Los polímeros se clasifican de varias formas:
primero según la manera en que las
moléculas son sintetizadas: segundo en
función de su estructura molecular y
tercero, por su familia química. Sin
embargo el método mas usado para
describir los polímeros es en función de su
comportamiento mecánico y térmico.

81. Termoplástico
Los materiales termoplásticos son aquellos
materiales que están formados por polímeros
que se encuentran unidos mediante fuerzas
intermoleculares o fuerzas de Van der waals,
formando estructuras lineales o ramificadas.

82. • En función del grado de las fuerzas
intermoleculares que se producen entre las
cadenas poliméricas, estas pueden adoptar
dos tipos diferentes de estructuras,
estructuras amorfas o estructuras cristalinas.

83. • Estructura amorfa
Las cadenas poliméricas adquieren una
estructura en desorden, semejante a de una
bola de hilos desordenados, dicha estructura
amorfa es la responsable directa de las
propiedades elásticas de los materiales
termoplásticos.

84. • Estructura cristalina
Las cadenas poliméricas adquieren una
estructura ordenada y compacta. Dicha
estructura cristalina es la responsable directa
de las propiedades mecánicas de resistencia
frentes a esfuerzos o cargas así como la
resistencia a las temperaturas de los
materiales termoplásticos.

85. Propiedades de los materiales termoplásticos
• Pueden derretirse antes de pasar a un estado
gaseoso.
• Permiten una deformación plástica cuando son
calentados.
• Son solubles en ciertos solventes.
• Se hinchan ante la presencia de ciertos solventes.
• Buena resistencia al fenómeno de fluencia.

86. Ejemplos y aplicaciones de materiales
termoplásticos:
• Polietileno de alta presión como material rígido aplicado para
cubiertas de máquinas eléctricas, tubos, etc..
• Polietileno de baja presión como material elástico usado para el
aislamiento de cables eléctricos, etc..
• Poliestireno aplicado para aislamiento eléctrico, empuñaduras de
herramientas...
• Poliamida usada para la fabricación de cuerdas, correas de
transmisión, etc...
• PVC o cloruro de polivinilo para la fabricación de materiales
aislantes, tubos, envases, etc...

87. • la mayoría de envases que contienen bebidas
refrescantes están fabricados con materiales
termoplásticos

88. Elastómeros
En general, el PLÁSTICO es un material flexible,
resistente, poco pesado y aislante de la
electricidad y el calor.

89. • Las macromoléculas de los plásticos
ELASTÓMEROS forman una red que puede
contraerse y estirarse cuando estos materiales
son comprimidos o estirados, e incluso
pueden deslizarse unas cadenas sobre otras.
Por ello son muy elásticos.
• No soportan bien el calor y se degradan a
temperaturas medias. Un ejemplo de
elastómero es el caucho natural.

90. • Elastómeros termoestables - son aquellos
elastómeros que al calentarlos no se funden o
se deforman
• Elastómeros termoplásticos - son aquellos
elastómeros que al calentarlos se funden y se
deforman.

91. Propiedades de los materiales elastómeros:
• No se pueden derretir, antes de derretirse pasan
a un estado gaseoso
• Se hinchan ante la presencia de ciertos solventes
• Generalmente insolubles.
• Son flexibles y elásticos.
• Menor resistencia al fenómeno de fluencia que
los termoplásticos

92. Ejemplos y aplicaciones de materiales
elastómeros:
• Goma natural - material usado en la fabricación de juntas, tacones y
suelas de zapatos.
• Poliuretanos - Los poliuretanos son usados en el sector textil para la
fabricación de prendas elásticas como la lycra, también se utilizan
como espumas, materiales de ruedas, etc...
• Polibutadieno - material elastómero utilizado en las ruedas o
neumáticos de los vehículos, dadas la extraordinaria resistencia al
desgaste.
• Neopreno - Material usado principalmente en la fabricación de
trajes de buceo, también es utilizado como aislamiento de cables,
correas industriales, etc...
• Silicona - Material usado en una gama amplia de materiales y áreas
dado a sus excelentes propiedades de resistencia térmica y química,
las siliconas se utilizan en la fabricación de, prótesis médicas,
lubricantes, moldes, etc...

93. Nombre químico
(nombre comercial)
Aplicaciones Propiedades
Caucho
(CA)
Ruedas, guantes,
suelas de zapato…
Son muy flexibles y
resistentes.
Neoprenos
(PCP)
Correas
industriales,
recubrimientos de
cable, trajes de
buceo…
Más resistentes de
caucho, pero menos
flexibles.
Poliuretanos
(PUR)
Mangueras de
agua, ruedas
industriales, cintas
transportadoras de
industria…
Son duros,
resistentes a la
abrasión y flexibles.
Pueden presentar
también la forma de
espumas.
Siliconas
(SI)
Sellado de juntas,
prótesis médicas,
hueles…
Buena estabilidad
térmica.
Flexibles.
Excelentes
propiedades
eléctricas.

94. Termoestables
Están compuestos por largas cadenas de
moléculas con fuertes enlaces cruzados
entre las cadenas para formar estructuras
de redes tridimensionales. Estos polímeros
generalmente son mas resistentes, aunque
mas frágiles, que los termoplásticos. Los
termoestables no tienen una temperatura
de fusión fija y es difícil reprocesarlos una
vez ocurrida la formación de enlaces
cruzados.

95. Uno de los aspectos negativos de los materiales
termoestables es la nula capacidad de
reciclaje que presentan dichos materiales,
dado a que una vez han solificado o curado es
imposible volver a una fase líquida del
material, los materiales termoestables tienen
la propiedad de no fundirse o deformarse en
presencia de temperatura o calor, antes
pasarán a un estado gaseoso que a un estado
líquido.

96. Propiedades de los materiales
termoestables.
• No se pueden derretir, antes de derretirse
pasan a un estado gaseoso
• Generalmente no se hinchan ante la presencia
de ciertos solventes
• Son insolubles.
• Alta resistencia al fenómeno de fluencia

97. Ejemplos y aplicaciones de materiales
termoestables:
• Resinas epoxi - usados como materiales de
pintura y recubrimientos, masillas, fabricación
de materiales aislantes, etc...
• Resinas fenólicas - empuñaduras de
herramientas, bolas de billar, materiales
aislantes, etc...
• Resinas de poliéster insaturado - fabricación
de plásticos reforzados de fibra de vidrio
conocidos comúnmente como poliéster, etc...

99. La electricidad (del griego elektron, cuyo significado es ámbar) es un
fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se
manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos,
entre otros. Se puede observar de forma natural en fenómenos
atmosféricos, por ejemplo los rayos, que son descargas eléctricas
producidas por la transferencia de energía entre la ionosfera y la
superficie terrestre. Otros mecanismos eléctricos naturales los podemos
encontrar en procesos biológicos, como el funcionamiento del sistema
nervioso. Es la base del funcionamiento de muchas máquinas, desde
pequeños electrodomésticos hasta sistemas de gran potencia como los
trenes de alta velocidad, y asimismo de todos los dispositivos
electrónicos. Además es esencial para la producción de sustancias
químicas como el aluminio y el cloro.

100. Configuración electrónica del átomo
de cobre. Sus propiedades
conductoras se deben a la facilidad de
circulación que tiene su electrón más
exterior (4s).
la configuración electrónica es la manera
en la cual los electrones se estructuran en
un átomo, de acuerdo con el modelo de
capas electrónico
La capa electrónica más externa se
denomina "capa de valencia“ es aquí
donde se encuentran los electrones
de conducción.
El flujo de una corriente eléctrica involucra el movimiento de portadores de carga, es decir
partículas muy pequeñas que poseen carga eléctrica. (En los sólidos estos portadores de carga
son los electrones y en una solución liquida o en los compuestos iónicos, son los iones).
Configuración electrónica

101. CONDUCTIVIDAD ELECTRICA
es la capacidad de un material de dejar pasar la corriente eléctrica,
su aptitud para dejar circular libremente las cargas eléctricas. La
conductividad depende de la estructura atómica y molecular del
material, los metales son buenos conductores porque tienen una
estructura con muchos electrones con vínculos débiles y esto
permite su movimiento. La conductividad también depende de
otros factores físicos del propio material.

102. La resistividad eléctrica de una sustancia mide su capacidad para
oponerse al flujo de carga eléctrica a través de ella. Un material con una
resistividad eléctrica alta (conductividad eléctrica baja), es un aislante
eléctrico y un material con una resistividad baja (conductividad alta) es un
buen conductor eléctrico.
RESISTIVIDAD

103. El fisico aleman George Simon Ohm
Enunció la ley fundamental de las
corrientes eléctricas (1827). Se dio su
nombre a la unidad de resistencia
eléctrica.
Ley de Ohm:
la intensidad de la corriente que
circula entre dos puntos de un
circuito es directamente
proporcional a la tensión e
inversamente proporcional a las
resistencias existentes entre los
mismos.
Como resultado de su investigación,
en la que experimentaba con
materiales conductores, Ohm llegó a
determinar que la relación entre
voltaje y corriente era constante y
nombró a esta constante resistencia.
Ley de Ohm

104. Circuito mostrando la Ley de
Ohm: Una fuente. V, produce
una corriente eléctrica I cuando
pasa a través de la resistencia R
Donde, empleando unidades del S.I. , Tenemos que:
I = corriente(A)
V = voltaje(V)
R = resistencia en ohms (Ω).

105. Conductores : permiten el paso de la
corriente fácilmente por ellos.
Aislantes: no permiten fácilmente el
paso de la corriente por ellos.
LOS
MATERIALES
SE
CLASIFICAN
EN:

106. Son los materiales que no conducen la
electricidad, por lo que pueden ser
utilizados como aislantes.
Algunos ejemplos de este tipo de
materiales son:
vidrio, cerámica, plásticos,
goma, mica, cera, papel,
madera seca, porcelana.
Aislantes

107. -Son los materiales que, puestos en contacto con un cuerpo cargado de
electricidad, transmiten ésta a todos los puntos de su superficie.
Los mejores conductores eléctricos son los metales y sus aleaciones.
Conductores eléctricos.

108. Para que un material que transporte electricidad
sea accesible, debe ser barato y buen conductor
eléctrico, por lo cual el cobre es ideal ya que reúne
esas dos características. Por ello es el conductor
más usado, como por ejemplo en los cables
eléctricos de las casas.
El aluminio es también usado ocasionalmente con esa
finalidad.
En situaciones en las que el coste no es una objeción,
como en los satélites espaciales, en los circuitos
eléctricos se usa el oro y la plata porque son
ligeramente mejores conductores que el cobre,
aunque son mucho más caros.
Conductores eléctricos metálicos.

109. Termopares
• Ampliamente usados como sensores de temperatura.
– Son económicos.
– Intercambiables.
– Tienen conectores estándar
– Capaces de medir un amplio rango de temperaturas.
– Limitación en la exactitud (errores del sistema inferiores
a un grado centígrado son difíciles de obtener).

110. • Un termopar es un dispositivo capaz de
convertir la energía calorífica en energía
eléctrica su funcionamiento se basa en los
descubrimientos hechos por Seebeck en 1821
cuando hizo circular corriente eléctrica en un
circuito, formado por dos metales diferentes
cuyas uniones se mantienen a diferentes
temperaturas.

111. TIPOS DE TERMOPARES

112. TIPO K
• Bajo costo.
• Calibración sin recubrimiento hasta 1100ºC.
• Con recubrimiento hasta 1260°C.
• Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10%
• Termoelemento negativo: Ni95%, Mn2%, Si1%, Al 2%
• F.E.M. producida: -6.458 mV/°C a 48.838 mV/°C
• Existen cambios químicos asociados que se presentan durante
su empleo (descalibración).

113. TIPO K
• Descomposición Verde: oxidación preferentemente del cromo
sobre el Níquel en el exterior del elemento positivo, el cual se
convierte entonces en negativo. Esto reduce la sensibilidad.
• El ataque del azufre sobre el elemento negativo lo convierte
en quebradizo.
• Tanto el efecto de fragilidad del azufre, como la
descomposición verde se pueden reducir con el empleo de
tubos limpios protectores libre de grasa.
• En los termopares compactados, debido al cemento de oxido
mineral, los alambres funcionan en una atmósfera neutra
incluso aunque la vaina del par compactado se exponga al
hidrógeno o a otro tipo de atmósfera reductora.

114. TIPO K
• Se recomienda en atmósferas oxidantes y a temperaturas de
trabajo entre 500°C y 150°C.
• No debe ser utilizado en atmósferas reductoras ni sulfurosas a
menos que este protegido con un tubo de protección (evitarse
hidrógeno, monóxido de carbono u otros gases fuertemente
reductores).

115. TIPO E
• Ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito
criogénico gracias a su sensibilidad.
• Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10%
• Termolemento negativo: Cu55%, Ni45%
• F.E.M. producida: -9.835 mV/°C a 76.373 mV/°C (la mayor).
• Puede usarse en vacío o en atmósfera inerte o medianamente
oxidante o reductora.

116. TIPO J
• Es el mas popular y ampliamente empleado de todas las
combinaciones de metal base debido a su bajo coste.
• Termoelemento positivo: Fe99.5%
• Termolemento negativo: Cu55%, Ni45%
• Rango limitado. Son ideales para usar en viejos equipos que
no aceptan el uso de termopares más modernos.
• F.E.M. producida: -8.096 mV/°C a 42.919 mV/°C.
• Adecuado en atmósferas con escaso oxigeno libre. la
oxidación de el hilo de hierro aumenta rápidamente por
encima de 550°C, siendo necesario un mayor diámetro del
hilo hasta una temperatura limite de 750°C.

117. TIPO T
• Termoelemento positivo: Cu 100%
• Termoelemento negativo: Cu55%, Ni45%
• F.E.M. producida: -6.258 mV/°C a 20.872 mV/°C.
• Temperatura máxima limitada por la oxidación del cobre por
encima de 371°C.
• Se debe evitar atmósferas en donde estén presentes
amoníaco, peróxido de hidrógeno, azufre fundido, sulfuro de
hidrógeno y anhídrido sulfuroso con un RH de 65% o mayor.
• El termopar tipo T, tiene una elevada resistencia a la corrosión
por humedad atmosférica o condenación y puede utilizarse en
atmósferas oxidantes o reductora.

118. TIPO N
• Termoelemento positivo: Ni84.4%, Cr14.2%, Si1.4%
• Termoelemento negativo: Ni95.45% Si4,40%, Mg0.15%
• F.E.M. producida: -4.345 mV/°C a 47.513 mV/°C.
• Adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su
elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas
temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos
B, R y S que son más caros.

119. TIPO S
• Los pares de calibración S se utilizan para medidas de
temperatura industrial y como patrones primarios.
• Termoelemento positivo: Pt90%, Rh10%
• Termoelemento negativo: Pt100%
• F.E.M. producida: -0.236 mV/°C a 18.693 mV/°C.
• Ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1,300
°C, pero su baja sensibilidad y su elevado precio lo convierten
en un instrumento no adecuado para el uso general.
• Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la
calibración universal del punto de fusión del oro.
• Excelente resistencia a la oxidación.

120. TIPO S
• Nunca deben insertarse directamente en tubos de protección
metálicos, pero sí en tubos con protección de cerámica.
Fabricado con alúmina (Al2O3) de alto contenido de pureza.
• Para temperaturas superiores a 1,500°C se utilizan tubos de
protección de platino.
• Inestabilidad en la respuesta del sensor temperaturas
inferiores a 0°C.
• Por encima de 1,400°C ocurre crecimiento de granulaciones
que los dejan quebradizos.
• Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno
atacarán al termopar.

121. TIPO R
• Gran aceptación en las aplicaciones industriales de alta
temperatura debido a su elevado poder termoeléctrico en
estas condiciones.
• Termoelemento positivo: Pt87%, Rh13%.
• Termoelemento negativo: Pt100%.
• F.E.M. producida: -0.226 mV/°C a 21.101 mV/°C.
• Adecuados para la medición de temperaturas de hasta 1,300
°C. Su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio quitan
su atractivo.
• Excelente resistencia a la oxidación.
• Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno
atacarán al termopar.

122. TIPO B
• Utilizado en la industria para temperaturas mas elevadas que
ambos ya que con la aleación de Pt-Rh se logra que su
temperatura de fusión se eleve y por lo tanto puede
emplearse hasta temperaturas mayores.
• Termoelemento positivo: Pt70.4%, Rh29.6%.
Termoelemento negativo: Pt93.9%, Rh6.1%.
• Adecuados para la medición de altas temperaturas superiores
a 1,800 °C.
• F.E.M. producida: 0.000 mV/°C a 13.820 mV/°C.
• Presentan el mismo resultado a 0 °C y 42 °C.
• Excelente resistencia a la oxidación.
• Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno
atacarán al termopar.

123. Superconductores
Un superconductor es un material que no opone
resistencia al flujo de corriente eléctrica por
él.
La superconductividad es una propiedad
presente en muchos metales, que aparece a
bajas temperaturas, caracterizada por la
pérdida de resistividad a partir de cierta
temperatura característica de cada material.

124. Los superconductores también presentan un
diamagnetismo, es decir, son repelidos por los
campos magnéticos.
La temperatura crítica, es aquella a la que un
material se hace superconductor.

125. • En 1911 Kamerlingh Onnes descubrió que la
resistencia eléctrica del mercurio se hacía cero
a la temperatura de 4.2 K. A este efecto le
denominó superconductividad, y a la
temperatura a la cual ocurre este fenómeno
temperatura crítica, Tc. Una consecuencia de
la resistencia cero es que los materiales
pueden conducir la corriente eléctrica sin
pérdidas de energía en el proceso.

126. Comportamiento eléctrico
• La aparición del superdiamagnetismo es
debida a la capacidad del material de crear
supercorrientes. Éstas 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.

127. Aplicaciones
• Los imanes superconductores son algunos de
los electroimanes más poderosos conocidos.
Se utilizan en los trenes maglev, en máquinas
para la resonancia magnética nuclear en
hospitales.

128. • Diferenciamos entre dos tipos de superconductores:
• Tipo I: Éstos no permiten en absoluto que penetre
un campo magnético externo. Esto conlleva un
esfuerzo energético alto, con lo que la mayoría de
materiales reales se transforman en el segundo tipo
• Tipo II: Éstos son imperfectos, en el sentido en que
el campo realmente penetra a través de pequeñas
canalizaciones denominadas vórtices.
• Cuando a un superconductor 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.

129. • 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.
EN LA FIGURA DE LA IZQUIERDA, LA TEMPERATURA ES SUPERIOR A LA T CRÍTICA, LUEGO EL CAMPO
ATRAVIESA EL MATERIAL. POR EL CONTRARIO EN LA DE LA DERECHA, EL MATERIAL SE ENCUENTRA POR
DEBAJO DE LA TEMPERATURA CRÍTICA, POR LO TANTO EL CAMPO MAGNÉTICO EN EL INTERIOR ES NULO,
SIENDO UN MATERIAL DIAMAGNÉTICO PERFECTO.

130. • ejemplos de conductores está el mejor que es
el oro, cobre, plata, aluminio
• superconductores elaborados con aleaciones
de niobio y titanio necesitan una temperatura
de 263°C bajo cero para mantenerse en
estado superconductor.
• La superconductividad no ocurre en metales
nobles como el oro y la plata, ni en la mayoría
de los metales ferromagnéticos.

131. Materiales aislantes
Los materiales aislantes tienen la función de
evitar el contacto entre las diferentes partes
conductoras (aislamiento de la instalación) y
proteger a las personas frente a las tensiones
eléctricas.
La mayoría de los no metales son apropiados
para esto, tienen resistividad muy grandes.
Esto se debe a la ausencia de electrones
libres.

132. Los átomos de los elementos aislantes poseen
entre cinco y siete electrones fuertemente
ligados a su última órbita, lo que les impide
cederlos. Esa característica los convierte en
malos conductores de la electricidad, o no la
conducen en absoluto.

133. • Algunos ejemplos de materiales aislantes
son: la madera, el vidrio, el caucho, las
resinas, los plásticos, la porcelana, la seda, la
mica y el papel.

134. • El plástico que recubre el hilo de cobre
conductor, impide que suframos una
descarga eléctrica al entrar en contacto
con el hilo de cobre. Nos los
encontramos en el recubrimiento de los
cables eléctricos, en los aparatos
electrónicos y en todos los aparatos que
funcionen con corriente eléctrica.

135. • POLIESTIRENO EXPANDIDO: elaboradas en base a
derivados del petróleo, están constituidas por un
termoplástico celular compacto, con un 2% de material y
un 98% de aire, lo que origina su alta capacidad de
aislamiento térmico. No dañan la capa de ozono. Son
livianas, de color blanco, rígidas, y prácticamente
impermeables al agua, lo que las hace mantener inalterable
su capacidad de aislación térmica a través del tiempo. Son
resistentes a hongos, insectos y roedores. Usadas en
construcción, deben contener una sustancia incombustible
que las transforme en auto extinguibles (no propagadoras
de llama). Las planchas vienen en 1 a 10 cms. de espesor y
en densidades que van desde 10 a 40 Kgs./m3.

136. • FIBRAS MINERALES: pueden ser de fibra de
roca o de fibra de vidrio. Son ligeras,
incombustibles y no inflamables. No emiten
gases tóxicos, aún en caso de incendio. Su
inconveniente es que absorben fácilmente la
humedad, razón por la cual deben quedar
siempre bien protegidas. Si están
correctamente instaladas, no debieran
compactarse, ceder ni deteriorarse con el paso
del tiempo.

137. • LANA DE VIDRIO: se fabrica fundiendo arenas
con alto contenido de sílice más carbonato de
calcio, bórax y magnesio. Es generalmente
muy liviana, flexible y de colores amarillo,
rosado o blanco. Puede encontrarse suelta y
en colchonetas, ya sea en forma de planchas o
rollos. Es uno de los aislantes térmicos más
utilizados a nivel mundial, y además, un
excelente absorbente acústico.