La ley de Ohm.

Introducción

La ley de Ohm. Establece que para muchos materiales (incluidos la mayor parte de los metales), la proporción entre la densidad de corriente (J) y el campo eléctrico (E) es una constante σ que es independiente del campo eléctrico productor de la corriente.

Los materiales que obedecen la ley de Ohm y que, en consecuencia, demuestran esta simple relación ente E y J se dice que son óhmicos. Sin embargo, experimentalmente se encuentra que no todos los materiales tienen esta propiedad, y los materiales que no obedecen la ley de Ohm se dice que no son óhmicos. Un ejemplo de estos es el diodo, el cual permite la circulación de corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea en el sentido contrario.

El objetivo de esta experiencia es aprender a identificar los materiales no óhmicos, y analizar las propiedades del diodo mediante la ley de ohm. Identificar de que material esta hecho el diodo. Graficar y relacionar el voltaje y la corriente tanto para la resistencia como para el diodo. Calcular la resistencia y hallar el porcentaje de error en comparación con la resistencia experimental.

Fundamentos teóricos

Los materiales que cumplen la ley de Ohm se denominan materiales óhmicos o lineales, y su resistencia depende de la forma del conductor, del tipo de material, de la temperatura, pero no de la intensidad de corriente que circula por él. Sin embargo, existen materiales en los que el valor de la resistencia varía y a estos se le denominan “no óhmicos”.

Un conductor “no óhmico” no posee un valor único de resistencia, y su gráfica de V frente a I no es una línea recta. Por lo tanto estos materiales no siguen la ley de ohm. Al aplicarles intensidad y voltaje proporcionalmente, obtenemos distintos valores de resistencia no obtendremos una línea recta en la grafica representativa.

Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua.

Imagen 1. Símbolo y curva característica tensión-corriente del diodo ideal.

Existen varios tipos de diodos entre los que podemos destacar los diodos Zener, Vericap, Túnel, Fotodiodo, Gunn, de cristal, térmico, emisor de luz, laser, PIN y diodo avalancha.

El diodo Zener podemos definirlo como un elemento semiconductor de silicio que tiene la característica de un diodo normal cuando trabaja en sentido directo, es decir, en sentido de paso; pero en sentido inverso, y para una corriente inversa superior a un determinado valor, presenta una tensión de valor constante. Este fenómeno de tensión constante en el sentido inverso convierte a los diodos de Zener en dispositivos excepcionalmente útiles para obtener una tensión relativamente invisible a las variaciones de la tensión de alimentación, es decir, como dispositivos reguladores de tensión.

Este diodo, también llamado diodo de capacidad variable, es, en esencia, un diodo semiconductor cuya característica principal es la de obtener una capacidad que depende de la tensión inversa a él aplicada. Se usa especialmente en los circuitos sintonizadores de televisión y los de receptores de radio en FM.

Los diodos túnel tienen una región de operación que produce una resistencia negativa debido al efecto túnel, permitiendo amplificar señales y circuitos muy simples que poseen dos estados. Debido a la alta concentración de carga, los diodos túnel son muy rápidos, pueden usarse en temperaturas muy bajas, campos magnéticos de gran magnitud y en entornos con radiación alta. Por estas propiedades, suelen usarse en viajes espaciales.

Los fotodiodos son semiconductores están sujetos a portadores de carga ópticos. Generalmente es un efecto no deseado, por lo que muchos de los semiconductores están empacados en materiales que bloquean el paso de la luz. Los fotodiodos tienen la función de ser sensibles a la luz (fotocelda), por lo que están empacados en materiales que permiten el paso de la luz y son por lo general PIN (tipo de diodo más sensible a la luz). Un fotodiodo puede usarse en celdas solares, en fotometría o en comunicación óptica.

El diodo Gunn tiene características muy diferentes a los anteriores, ya que no es rectificador. Se trata de un generador de microondas, formado por un semiconductor de dos terminales que utiliza el llamado efecto Gunn.

En la producción de semiconductores, se denomina dopaje al proceso intencional de agregar impurezas en un semiconductor extremadamente puro (también referido como intrínseco) con el fin de cambiar sus propiedades eléctricas. Las impurezas utilizadas dependen del tipo de semiconductores a dopar. A los semiconductores con dopajes ligeros y moderados se los conoce como extrínsecos. Un semiconductor altamente dopado, que actúa más como un conductor que como un semiconductor, es llamado degenerado.

El número de átomos dopantes necesitados para crear una diferencia en las capacidades conductoras de un semiconductor es muy pequeño. Cuando se agregan un pequeño número de átomos dopantes (en el orden de 1 cada 100.000.000 de átomos) entonces se dice que el dopaje es bajo o ligero. Cuando se agregan muchos más átomos (en el orden de 1 cada 10.000 átomos) entonces se dice que el dopaje es alto o pesado. Este dopaje pesado se representa con la nomenclatura N+ para material de tipo N, o P+ para material de tipo P.

Los semiconductores tipo N son aquellos a los que se le agregan impurezas donoras (que donan un electrón). Estas impurezas suelen tener 5 electrones. De estos 5 electrones 4 formarían una unión con los átomos vecinos y 1 quedaría libre. De esta forma este material contiene un mayor número de electrones libres comparados con los huecos libres.

Imagen 2. Ejemplo de material tipo N.

Se les llama semiconductores de tipo P a los semiconductores contaminados con impurezas aceptoras. Las impurezas aceptoras son aquellas que agregan un hueco en el material. Estas son impurezas con 3 electrones en su órbita

...