Digamos que tienes un aislante que es eléctricamente neutro (no tiene carga neta). Digamos que eres capaz de añadir electrones adicionales en el mismo aislante resultando en que el aislante tiene una carga neta negativa. Estos electrones que se añadieron al aislante permanecerán donde están y no se moverán. ¿Cómo es esto posible cuando las mismas cargas se repelen? ¿No deberían repelerse los electrones añadidos al aislante?
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
mathgeek
Puntos
123
Considere el siguiente diagrama de las densidades mecánicas cuánticas de los estados de los electrones en diferentes tipos de materiales:
La energía de Fermi $E_F$ es el nivel de energía al que se añaden los nuevos electrones. En términos generales, los estados por debajo de esta energía están llenos, los estados por encima están vacíos, con una transición suave en torno a $E_F$ . Los electrones conductores son los que se encuentran en esta transición suave.
En el extremo izquierdo hay un metal. Hay muchos estados disponibles alrededor $E_F$ por lo que añadir un electrón simplemente lo coloca entre los electrones ya conductores.
En el extremo derecho hay un aislante. La energía de Fermi se encuentra en un hueco entre las bandas sin estados electrónicos disponibles. La banda inferior está llena y no puede conducir, la banda superior está vacía y no puede conducir. Si añadimos un electrón a este material, sólo podemos hacerlo en la banda superior, ya que la banda inferior ya está llena. De este modo, se eleva $E_F$ hasta la banda superior, y ya no tienes un aislante perfecto. El electrón que has añadido puede "moverse" perfectamente y conducir la electricidad. Esto es similar a la situación de tipo n del diagrama.
Ver también el artículo de Wikipedia sobre el band gap.
avaron676
Puntos
11
Es posible aplicar una fuerza sin que haya movimiento (eso debería ser obvio por tu experiencia cotidiana, ¿no?). Así que hay una fuerza repulsiva sobre los electrones pero no se mueven a ningún sitio, al menos a ningún sitio rápido porque la fuerza no es suficiente para empujarlos a través del aislante... al menos hasta que el aislante se rompe.
Como meter a un montón de gente que se odia en la misma habitación llena de cosas. Puede que quieran alejarse lo más posible, pero no pueden ir a ninguna parte.
Jordi Bunster
Puntos
3840
Si se carga un aislante, entonces sí, a veces el exceso de carga se queda en en el aislante. Una partícula cargada es atraída por cualquier medio polarizable (la adherencia estática, en sus calcetines, es este efecto, escrito en grande). La movilidad de la carga en tal situación depende del campo eléctrico LOCAL, no de la situación global a gran escala "tiene múltiples cargas positivas". El medio polarizado pone una carga atractiva local junto al exceso de carga, al fin y al cabo, a costa de alterar ligeramente (polarizar) las cargas ligadas a las moléculas en sus órbitas moleculares.
Sin embargo, las cargas aplicadas NO "se quedan donde están", sino que migran a los sitios locales más atractivos (y se escurrirán lentamente en el aire o a medida que el movimiento térmico las desplace). Este efecto, la fuga, es lento, pero importante. Los detectores de radiaciones ionizantes analizan básicamente el exceso de fugas que se produce debido a los fotones u otras partículas energéticas que complican la propiedad aislante inherente al aislante.
