¿QUÉ ES LA RESISTENCIA ELÉCTRICA?

La resistencia eléctrica es la medición de la propiedad de los cuerpos de conducir y oponerse al paso de la corriente eléctrica.
El campo de interacción de un átomo está relacionado directamente con la cantidad de energía que éste tiene, limitado por un nivel de energía fijo. Cuando estos niveles o campos de energía están muy juntos, se les llama “banda de energía”, las más importantes son la “banda de valencia” y la “banda de conducción” (generalmente la banda de valencia está por debajo de la banda de conducción). En la banda de conducción es donde los electrones se mueven libremente en el material cuando existe un campo eléctrico que afecta al material. En materiales como aislantes y semiconductores, existe una “banda de energía prohibida” entre las “banda de valencia” y la “banda de conducción” que los electrones no pueden ocupar si no tienen suficiente energía para saltar de la banda de valencia hacia la banda de conducción. Esta “banda de energía prohibida”, influida por el campo eléctrico de las partículas y de las vibraciones causadas en ellas por la temperatura, es la que da la característica de “resistividad” al átomo, mientras mayor es esta banda, mayor es la resistencia.
La resistencia de un material macroscópico también dependerá de su geometría. Si es muy largo, requerirá mayor número de colisiones para transportarse generando mayor resistencia, y si es muy delgado, habrá menores electrones disponibles para transportar la energía, generando mayor resistencia. La unidad de resistencia puede medirse matemáticamente, su unidad es el ohm, que se define como la resistencia que se opone al paso de electrones. La resistencia disipa la energía en forma de “fonones” o vibraciones de calor generando entropía.
La electricidad se conduce mejor en algunos materiales que en otros. De acuerdo a su resistencia, los materiales se clasifican en conductores (poca oposición al intercambio de electrones), aislantes (no permiten el paso de electrones), semiconductores (bajo ciertas condiciones son conductores, y cuando no se dan, como aislantes).
Los mejores conductores eléctricos son en su mayoría metales como la plata (15.9 ohm), cobre (17.1), oro (22.1 ohm), aluminio (26.5 ohm), berilio (altamente tóxico y costoso), tungsteno (52.8 ohm) y zinc (59 ohm) y no metales como el calcio (casi no es usado debido a su alta reactividad con oxígeno y agua).
Los mejores aislantes eléctricos son el teflón, el PET, el cuarzo, la parafina, el aire, el azufre, el hule, el carbono en forma de diamante, el vidrio y el agua sin iones.
Como semiconductores eléctricos pudieran usarse el agua de mar, el silicón o el agua compuesto de galio y arsénico. En general la resistividad de los semiconductores disminuye cuando aumenta la temperatura, pues los electrones adquieren acceso a la banda de conducción gracias a la energía térmica.
A medida que la temperatura del conductor desciende, la resistencia desciende. En un superconductor, la resistencia cae abruptamente a cero cuando el material es enfriado por debajo de su temperatura crítica.

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MATERIALES INTELIGENTES REDUCEN LAS VIBRACIONES Y EXTRAEN ENERGÍA

Se trata de elastómeros con actividad eléctrica, que pueden tener múltiples aplicaciones
Ingenieros del Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability (LBF), en Alemania, han logrado avanzar en el desarrollo de materiales inteligentes que pueden disminuir las vibraciones y extraer energía del medio ambiente. Los nuevos elastómeros son capaces de amortiguar las vibraciones molestas en un coche, por ejemplo, o de suministrar energía en forma inalámbrica para sensores que deben trabajar en lugares inaccesibles.
Los elastómeros proactivos resultan mucho más eficaces en el control de las vibraciones y pueden producir energía.
En reiteradas ocasiones, las vibraciones pueden condicionar de forma negativa diferentes procesos o sistemas, y en esos casos la presencia de materiales que puedan eliminarlas o reducirlas resulta muy útil. Si, además, estos dispositivos pueden capturar energía de las vibraciones, la solución resulta aún mucho más efectiva.
Es el caso de un nuevo desarrollo de ingenieros del Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability (LBF), de Alemania,, que promete tener un fuerte impacto en el campo del diseño automotor o de los sensores utilizados en áreas de difícil acceso, entre otras aplicaciones.
Un problema cotidiano, como andar en bicicleta en una calle cubierta con adoquines, nos pone frente a la necesidad de contar con materiales capaces de amortiguar y contrarrestar las molestas vibraciones y golpes. Algo similar sucede al conducir un automóvil en terrenos muy irregulares.
Muchas motos, bicicletas o automóviles incluyen en sus asientos repletos de silicona estos elastómeros, materiales elásticos y maleables que pueden hacer frente a las vibraciones. Sin embargo, los ingenieros del LBF en Darmstadt, Alemania están decididos a ir un poco más allá, trabajando en una próxima generación de elastómeros.
Estos nuevos materiales inteligentes son capaces de responder activamente a las vibraciones no deseadas, amortiguándolas de una manera mucho más eficaz e incluso obteniendo energía de las mismas.
Los resultados de esta investigación han sido difundidos a través de una nota de prensa de Fraunhofer-Gesellschaft, y además se desarrollaron en un artículo publicado en el medio especializado Phys.org.
Los elastómeros han sido utilizados en el campo de la ingeniería durante décadas, por ejemplo en los cojinetes para motores de vehículos. Hasta ahora, han tenido un efecto puramente pasivo con relación a las vibraciones o el impacto en choques. Serían mucho más eficaces si fueran capaces de responder de manera proactiva y contrarrestar las vibraciones.
De la misma manera que un jugador de tenis ralentiza la pelota tirando hacia atrás la raqueta en el golpe denominado drop shot, un elastómero activo puede extraer la energía de la vibración de forma selectiva ante los movimientos de balanceo. Teóricamente, esto haría que la vibración se disipe totalmente.
Según explica William Kaal, uno de los especialistas del LBF que participaron de la investigación, ya existen materiales que son adecuados para este propósito. Se los denomina elastómeros electroactivos, y son sustancias elásticas que cambian de forma cuando se exponen a un campo eléctrico.
El secreto es aplicar una corriente alterna para que el material comience a vibrar. Si existen dispositivos electrónicos inteligentes capaces de controlar a los elastómeros, haciéndolos vibrar precisamente ante determinadas circunstancias, entonces las vibraciones no deseadas en un equipo, superficie o motor se disiparán en su mayor parte.
Para demostrar que este principio funciona, los ingenieros e investigadores de Fraunhofer-Gesellschaft han creado un modelo. Más pequeño que un paquete de cigarrillos, se compone de 40 capas ultradelgadas de material elastómero, en el marco de un campo eléctrico que lo estimula.
El reto fue el diseño de los electrodos que componen el campo eléctrico que actúa junto a las capas de elastómero, ya que habitualmente los electrodos están confeccionados con metal. Sin embargo, la rigidez de los metales impediría la deformación del elastómero. Los expertos hallaron una solución ingeniosa para este problema, que consistió en la apertura de agujeros de tamaño microscópico en los electrodos.
De esta forma, cuando el voltaje eléctrico deforma al elastómero el mismo logra dispersarse y se expande a través de los diminutos orificios. El enfoque ha demostrado ser muy eficaz en términos generales en las pruebas realizadas, y una de las aplicaciones imaginadas por los ingenieros de LBF tiene que ver con la construcción de vehículos.
Como las vibraciones del motor pueden ser muy perjudiciales, siendo canalizadas a través del chasis en el interior del coche, los nuevos elastómeros activos pueden ayudar a reducir estas vibraciones en los automóviles. Además, los dispositivos también pueden absorber las vibraciones de su entorno para producir energía, por lo que podrían facilitar la alimentación energética independiente de los sensores que necesitan trabajar en sitios de difícil acceso, como por ejemplo aquellos que monitorean los puentes en forma permanente.

INNOVADORA TECNOLOGIA LASSER CON NANOCABLES

Una innovadora  tecnología láser con nanocables de óxido de zinc
Permitirá manipular células vivas e incrementar la capacidad de almacenamiento de los DVD´s, entre otras aplicaciones
Una investigación realizada en el Bourns College of Engineering de la Universidad de California, Riverside (UCR) ha permitido desarrollar una nueva tecnología láser, que podría contar con amplias aplicaciones, desde la eliminación de virus y otras tareas en el área de la medicina y la biología, hasta el incremento en la capacidad de almacenamiento de información de DVD´s y otros dispositivos. El gran avance de esta tecnología está marcado por el empleo de nanocables de óxido de zinc como semiconductores.
Los nanocables de óxido de zinc y su empleo como semiconductores han permitido desarrollar esta nueva tecnología láser, con amplio impacto en distintas áreas. Imagen: blogingenieria.com
Un equipo de ingenieros e investigadores de la Universidad de California, Riverside (UCR), en Estados Unidos, dirigido por el profesor de ingeniería eléctrica Jianlin Liu, ha desarrollado una nueva tecnología láser que funciona con nanocables semiconductores de óxido de zinc. Este avance podría tener amplias aplicaciones en medicina, biología e informática, entre otras áreas.
En la actualidad, los láseres de rayos ultravioleta son ampliamente utilizados en el procesamiento de datos, almacenamiento de información y en el campo de la biología. Sin embargo, sus aplicaciones se han visto limitadas en cierta medida por su tamaño, costo y potencia alcanzada. La generación actual de láseres de rayos ultravioleta se basa en un material llamado nitruro de galio.
Pero el equipo dirigido por el profesor Jianlin Liu ha desarrollado un sistema basado en láseres de óxido de zinc y en el empleo de nanocables de este material como semiconductores, una alternativa que permitirá fabricar dispositivos con tamaños más pequeños, menores costos y mayores potencias, entre otras ventajas.

Hasta hoy, los nanocables de óxido de zinc no podían ser utilizados en distintas aplicaciones debido a la ausencia del material denominado como “tipo p”, o de tipo positivo, imprescindible para todos los semiconductores. Los investigadores han resuelto este problema a través de la incorporación del antimonio, un metaloide, para crear el material de tipo p.
Un avance muy esperado
Según Liu, la comunidad de investigadores dedicada a trabajar con el óxido de zinc en todo el mundo ha estado tratando de lograr este avance durante el transcurso de la última década. En consecuencia, este adelanto podría estimular el desarrollo de todo el campo científico y tecnológico relacionado con el óxido de zinc.
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El profesor Jianlin Liu, ubicado en el centro de la imagen, fue el director de esta investigación. Imagen: University of California – Riverside.
Aunque el rendimiento de los láseres de rayos ultravioleta de nitruro de galio ha mejorado significativamente en la última década, la demanda existente obliga a reducir los costes, aumentar la potencia y a trabajar con longitudes de onda más corta, condiciones que han motivado el interés en el óxido de zinc (ZnO) para su empleo en estas tecnologías.
Los resultados de la investigación han sido publicados en la edición de julio de la revista especializada Nature Nanotechnology. Además, la Universidad de California, Riverside (UCR) difundió el hallazgo a través de una nota de prensa. Con el profesor Jianlin Liu trabajaron en el presente estudio los estudiantes de postgrado de la UCR Sheng Chu, Guoping Wang, Jieying Kong, Lin Li y Jingjian Ren.
Al mismo tiempo, también participaron en la investigación Weihang Zhou, un estudiante de la Fudan University de China; Leonid Chernyak, un profesor de física de la University of Central Florida; Yuqing Lin, un estudiante graduado también de la University of Central Florida, y Jianze Zhao, estudiante de la Dalian University of Technology de China.
Gran impacto tecnológico
El descubrimiento podría tener una amplia gama de aplicaciones tecnológicas. Por ejemplo, la nueva tecnología láser podría ser utilizada para leer y procesar datos con mayor eficacia en medios de almacenamiento como el DVD. Mientras un DVD almacena con la tecnología actual dos horas de música, con el nuevo sistema podría almacenar de cuatro a seis horas, duplicando o triplicando la capacidad de almacenamiento.
En el campo de la biología y la medicina terapéutica, un rayo láser con esta tecnología y dimensiones sería capaz de penetrar en una célula viva, para de esta forma activar modificaciones en la misma. Asimismo, la nueva tecnología también podría emplearse en sistemas de purificación del agua.
En el terreno de la fotónica, este adelanto podría facilitar el procesamiento y transmisión de datos a velocidades mucho mayores que las actuales. En consecuencia, estarían dadas las condiciones para el desarrollo de las tecnologías de comunicación inalámbrica ultravioleta, potencialmente superiores a las empleadas en la actualidad.
Sin embargo, aunque el equipo conducido por Liu ha demostrado importantes avances en esta nueva tecnología, aún queda un gran trabajo por delante en cuanto a la optimización de la estabilidad y la fiabilidad del material tipo-p. La investigación fue apoyada por la Army Research Office, la National Science Foundation y el Department of Energy de Estados Unidos.

CELULAS SOLARES ESFERICAS

Células Solares Esféricas

Unas nuevas células solares con forma esférica y tamaño diminuto (entre 1 y 1.5 mm de diámetro) podrían suponer una importante revolución en la expansión de la energía solar fotovoltaica.

Sphelar®, que así se llama el producto desarrollado por la empresa japonesa Kyosemi, consiste en una matriz de pequeñas células solares esféricas capaces de absorber la radiación solar con cualquier ángulo, pudiendo aprovechar tanto la radiación reflejada como la difusa, además de no requerir el uso de seguidores para maximizar la producción. El grado de eficiencia de éstas células es superior al de las células de silicio convencionales planas, llegando a un rendimiento del 20%.

La disposición de las células en un medio flexible y transparente, como se muestra en la fotografía, amplía el campo de aplicaciones para la energía solar fotovoltaica, como la posibilidad de incorporarlas en pequeños aparatos electrónicos o convertir grandes superficies acristaladas como generadores de electricidad.

Según la empresa, los costos de producción se reducen a la mitad, comparándolo con la fabricación de las células de silicio convencionales, ya que el silicio empleado se aprovecha eficientemente tanto en la fabricación de las células como en la producción posterior de energía.

El concepto de Sphelar, es una tecnología fotovoltaica basada en silicio a partir de pequeñas células solares esféricas, de 1.5mm de diámetro.

La gran ventaja de esta micro célula es que, a diferencia de las células planas convencionales, tiene la capacidad de generar energía con una mayor eficiencia (cercana al 20%), gracias a que captura la luz solar en cualquier dirección.

A la compañía que la ha desarrollado (Kyosemi) ya le ha dado tiempo de crear diferentes series de EIPV, que viene a ser algo así como “electrónica fotovoltaica integrada”, nos referimos a productos compactos para obtener energía en infinidad de aplicaciones. Ahora mismo ofrece una serie de 4 ideas diferentes de baja potencia:
Kyosemi además ha creado paneles transparentes que incorporan una matriz incrustada de estas células solares, con capacidad para
generar electricidad desde ambas caras, incluso en hojas flexibles que pueden curvarse.

Referencias:
Spherical photovoltaic solar cells – Kyosemi Corporation