Datos básicos de la asignaturaTitulación: Grado en Ingeniería de MaterialesAño plan de estudio: 2011
Curso implantación: 2012-13Centro responsable: Facultad de Física
Nombre asignatura: Comportamiento Electrónico y TérmicoCódigo asigantura: 2220009Tipología: OBLIGATORIACurso: 2Periodo impartición: Primer cuatrimestre
Créditos ECTS: 9Horas totales: 225Área/s: Física de la Materia CondensadaDepartamento/s: Física de la Materia Condensada
Coordinador de la asignatura
JIMENEZ MELENDO MANUEL
Profesorado
Profesorado del grupo principal:
JIMENEZ MELENDO MANUEL
Profesorado de otros grupos de la asignatura:
BRAVO LEON ALFONSO
Objetivos y competencias
OBJETIVOS:
- Iniciarse y familiarizarse con la metodología de la Física del Estado Sólido
- Aprender a relacionar la estructura cristalina con las propiedades de los materiale
- Conocer los modelos teóricos para describir el comportamiento electrónico y térmico de los
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materiales
- Conocer los aspectos diferenciadores del comportamiento térmico en materiales conductores y no
conductores
- Conocer los aspectos diferenciadores de la conductividad eléctrica en metales y semiconductores
- Conocer las técnicas experimentales para estudiar las propiedades electrónicas y térmicas de los
sólidos
COMPETENCIAS:
Competencias específicas:
CE1: Conocer y comprender los fundamentos matemáticos y físicos de la Ciencia de Materiales
CE3: Conocer y comprender el comportamiento electrónico y térmico de los materiales
CE11: Capacidad de diseño, desarrollo y selección de materiales para aplicaciones específicas.
Competencias genéricas:
CE3: Conocer y comprender el comportamiento electrónico, magnético, térmico y óptico de los
materiales.
CG1: Capacidad de síntesis y análisis
CG3: Conocimientos y capacidades para la resolución de problemas
CG4: Capacidad para la toma de decisiones
CG5: Capacidad de trabajo en equipo
CG8: Capacidad de razonamiento crítico
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CG9: Capacidad para la anticipación a los problemas
CG10: Capacidad de adaptación a nuevas situaciones
Contenidos o bloques temáticos
Comportamiento Electrónico y Térmico: Fundamentos de Termodinámica, Electromagnetismo,
Física
Cuántica y Mecánica Estadística. Aproximaciones fundamentales. Dinámica reticular. Fonones.
Propiedades térmicas: Capacidad calorífica. Dilatación térmica, conductividad térmica y choque
térmico. Conductividad en metales. Bandas de energía. Superficies de Fermi. Dinámica electrónica.
Transporte de carga bajo campos externos. Conductividad en semiconductores
Relación detallada y ordenación temporal de los contenidos
La asignatura está enfocada a la comprensión de los procesos microscópicos que tienen lugar en
los materiales y cómo determinan sus propiedades macroscópicas, en particular las propiedades
electrónicas y térmicas. La asignatura parte de la disposición periódica de las partículas
constituyentes del sólido y de sus interacciones. Se obtendrán los modelos apropiados para explicar
los distintos comportamientos observados en los materiales, utilizando elementos básicos de Física
Estadística y Física Cuántica. En particular, se insistirá en las grandes aproximaciones utilizadas
para reducir la complejidad de los sistemas en estudio. Se pretende desarrollar en los estudiantes la
percepción de que, situaciones físicamente diferentes pero con analogías, permite el uso de
soluciones ya conocidas a nuevos fenómenos. Cabe señalar también la importancia de estimar
correctamente los órdenes de magnitud de las principales propiedades de los sólidos y sus
magnitudes asociadas. Se discutirán las técnicas experimentales para estudiar las propiedades
electrónicas y térmicas de los materiales, así como sus aplicaciones tecnológicas.
PROGRAMA DE TEORÍA
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1. Objetivos de la asignatura (5 h)
- Estados de agregación de la materia
- Sólidos cristalinos y amorfos
- Electrones, núcleos y átomos
- Propiedades eléctricas: conductividad eléctrica y constante dieléctrica
- Propiedades térmicas: capacidad calorífica, conductividad térmica y dilatación térmica
Bibliografía: Bibliografía:Askeland, Callister, cualquier libro de Física General
2. Modelo clásico de electrones libres en sólidos (7 h)
- Hipótesis básicas del modelo de Drude de metales
- Conductividad eléctrica; efecto Hall
- Capacidad calorífica y conductividad térmica
- Fallos y limitaciones del modelo
Bibliografía: Kasap, Elliot
3. Modelo cuántico de electrones libres en sólidos (8 h)
- Introducción a la Física Cuántica
- Estado fundamental del gas de electrones; energía de Fermi
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- Función de distribución de Fermi-Dirac
- Conductividad eléctrica; efecto Hall
- Propiedades térmicas
- Fallos y limitaciones del modelo
Bibliografía: Elliot, Kasap
4. Sólido ideal: red de Bravais y base estructural. Enlace cristalino: tipo de sólidos (5 h)
- Simetría de traslación
- Red de Bravais y base estructural
- Principales estructuras cristalinas
- Enlace cristalino: tipos de sólidos
Bibliografía: Askeland, Callister, Kittel
5. Bandas electrónicas de energía en sólidos (8 h)
- Electrones en un potencial periódico: electrones Bloch
- Estructura de bandas de energía; zonas de Brillouin
- Superficie de Fermi
- Clasificación de sólidos por su estructura de bandas
- Dinámica de electrones Bloch
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- Concepto de masa efectiva y hueco
- Movimiento de cargas en campos eléctricos y magnéticos
Bibliografía: Elliot, Kittel, Kasap
6. Semiconductores (7 h)
- Banda prohibida en semiconductores
- Densidad de portadores intrínsecos
- Dopado de semiconductores
- Densidad de portadores extrínsecos
- Conductividad eléctrica; efecto Hall
Bibliografía: Askeland, Elliot, Kasap
7. Dieléctricos (7 h)
- Polarización y desplazamiento eléctrico
- Constante dieléctrica
- Polarizabilidad
- Ruptura dieléctrica
- Ferroeléctricos
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Bibliografía: Elliot, Tilley, Kasap
8. Vibraciones reticulares. Propiedades térmicas (13 h)
- Oscilaciones de la red atómica: vibraciones reticulares
- Aproximación armónica; modos normales
- Energía de vibración atómica. Modelos de Einstein y Debye
- Cuantización de las vibraciones reticulares. Fonones
- Capacidad calorífica
- Dilatación térmica
- Conductividad térmica
- Choque térmico
Bibliografía: Elliot, Kasap
PROGRAMA DE PRÁCTICAS
Las prácticas de laboratorio están dedicadas a la realización de experimentos claves en el
desarrollo de la materia, que profundicen y consoliden los fundamentos teóricos estudiados. Al
mismo tiempo, se pretende que los estudiantes adquieran las habilidades propias de los métodos
de la investigación científica.
1. Conductividad eléctrica de sólidos
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2. Conductividad térmica de sólidos
3. Capacidad calorífica de sólidos
4. Dilatación térmica de sólidos
5. Banda prohibida de semiconductores
6. Efecto Hall en semiconductores
7. Efectos Seebeck y Peltier
8. Capacidad eléctrica de dieléctricos y ferroeléctricos
Actividades formativas y horas lectivas
Actividad Créditos Horas
B Clases Teórico/ Prácticas 6 60
E Prácticas de Laboratorio 3 30
Metodología de enseñanza-aprendizaje
Prácticas de Laboratorio
Véase pp. 43 a 48 de la "Memoria para la verificación del título de Grado en Ingeniería de
Materiales por la Universidad de Sevilla" que se puede obtener en
http://fisica.us.es/sites/default/files/ficheros/file/GIM_Final_210611.pdf
Clases teóricas
Véase pp. 43 a 48 de la "Memoria para la verificación del título de Grado en Ingeniería de
Materiales por la Universidad de Sevilla" que se puede obtener en
http://fisica.us.es/sites/default/files/ficheros/file/GIM_Final_210611.pdf
Sistemas y criterios de evaluación y calificación
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El Reglamento General de Actividades Docentes de la Universidad de Sevilla se puede encontrar
en el BOUS núm. 2, de 10 de febrero de 2009.
Véase pp. 43 a 48 de la "Memoria para la verificación del título de Grado en Ingeniería de
Materiales por la Universidad de Sevilla" que se puede obtener en
http://fisica.us.es/sites/default/files/ficheros/file/GIM_Final_210611.pdf
Criterios de calificación del grupo
1. La asistencia a las sesiones de seminarios/prácticas de laboratorio de los viernes es obligatoria
(exceptuando los alumnos que tengan aprobada esta actividad en los dos cursos anteriores).
2. Realización de un examen parcial escrito el día 18 de diciembre de 2020, consistente en
cuestiones de índole conceptual y ejercicios, de los temas 1 a 6. El examen es eliminatorio de
materia. La calificación de corte (para liberar materia y realizar la media con el resto de pruebas) es
de 4 puntos (sobre 10). Tiene un peso del 45% de la calificación global.
3. Realización de un examen parcial escrito el día 29 de enero de 2021, consistente en cuestiones
de índole conceptual y ejercicios, de los temas 7 y 8. El examen es eliminatorio de materia. La
calificación de corte (para liberar materia y realizar la media con el resto de pruebas) es de 4 puntos
(sobre 10). Tiene un peso del 30% de la calificación global.
4. Evaluación de las prácticas de laboratorio (25% de la calificación final) mediante:
- Exposición oral de una de las prácticas realizadas, elegida por el profesor, el 22 de enero de 2021
(50% de la calificación).
- Entrega de la memoria escrita de una de las prácticas realizadas, elegida por el profesor, el mismo
día de la exposición (50% de la calificación).
El apto de la parte de prácticas se mantiene para dos cursos consecutivos. A partir de aquí, hay que
realizarlas nuevamente.
5. Los alumnos que no obtengan el apto con el sistema anteriormente descrito deben realizar los
exámenes escritos de las convocatorias oficiales publicadas por el Decanato. El examen constará
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de cuestiones de índole conceptual y ejercicios de los temas impartidos. En caso de no tener el apto
en la parte de prácticas, el alumno debe realizar previamente un examen de prácticas, que debe
superar para presentarse a las convocatorias oficiales.
PLAN DE CONTINGENCIA PARA EL CURSO 2020/21
* Escenario A (semipresencialidad)
- Adaptación de la docencia:
(i) Las clases de teoría/problemas se impartirán en el aula, en el horario asignado, transmitiéndolas
en directo. Los primeros diez minutos de cada clase se reservarán para las cuestiones planteadas
por los estudiantes, preferentemente los no presentes.
(ii) Las sesiones de prácticas de laboratorio se realizarán individualmente. Dada la capacidad del
laboratorio, el 50% de los estudiantes las realizarán de forma presencial y el resto dispondrán de las
mismas prácticas grabadas en vídeo, en el horario asignado. Posteriormente, el desarrollo y análisis
de las prácticas se realizará por parejas. Dada la excepcionalidad de la situación, todo estudiante
con apto en las prácticas en cursos anteriores queda exento de realizarlas.
(iii) Las tutorías se realizarán preferentemente por videoconferencia, en los horarios establecidos
por el Departamento.
- Adaptación de los procesos de evaluación:
El sistema de calificación y evaluación se mantiene igual que en el escenario 0. En caso, necesario,
los exámenes escritos se realizarán en varias tandas en el mismo día.
* Escenario B (suspensión de la actividad presencial)
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- Adaptación de la docencia:
(i) Las clases de teoría/problemas se impartirán en el aula/despacho del profesor, en el horario
asignado, transmitiéndolas en directo. Los primeros diez minutos de cada clase se reservarán para
las cuestiones planteadas por los estudiantes.
(ii) Los alumnos dispondrán de las prácticas grabadas en vídeo, en el horario asignado. En caso
necesario, se sustituirán las prácticas de mayor complejidad por simulaciones, manteniendo los
mismos objetivos. Posteriormente, el desarrollo y análisis de las prácticas se realizará por parejas.
Dada la excepcionalidad de la situación, todo estudiante con apto en las prácticas en cursos
anteriores queda exento de realizarlas.
(iii) Las tutorías se realizarán por videoconferencia, en los horarios establecidos por el
Departamento.
- Adaptación de los procesos de evaluación:
El sistema de calificación y evaluación se mantiene igual que en el escenario 0, sustituyendo las
pruebas por un formato no presencial, en el horario asignado.
Horarios del grupo del proyecto docente
https://fisica.us.es/docencia/titulaciones
Calendario de exámenes
https://fisica.us.es/docencia/titulaciones
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Tribunales específicos de evaluación y apelación
Presidente: MANUEL JIMENEZ MELENDO
Vocal: JULIAN MARTINEZ FERNANDEZ
Secretario: ALFONSO BRAVO LEON
Suplente 1: FRANCISCO CUMBRERA HERNANDEZ
Suplente 2: CLARA FRANCISCA CONDE AMIANO
Suplente 3: DIEGO GOMEZ GARCIA
Bibliografía recomendada
BIBLIOGRAFÍA GENERAL:
Ciencia e Ingeniería de los Materiales
Autores: D.R. Askeland
Edición: 2014
Publicación: Paraninfo 2001
ISBN: 9788497328944
Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales
Autores: W.D. Callister
Edición: 2014
Publicación: Reverté 2005
ISBN: 9788497328944
Introducción a la física del estado sólido
Autores: C. Kittel
Edición: 2014
Publicación: Reverté 2003
ISBN: 9788497328944
Principles of Electrical Engineering Materials and Devices
Autores: S.O. Kasap
Edición: 2014
Publicación: McGraw ¿ Hill 2000
ISBN: 9788497328944
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The physics and chemistry of solids
Autores: S.R. Elliot
Edición: 2014
Publicación: Wiley 2005
ISBN: 9788497328944
Understanding Solids
Autores: R. Tilley
Edición: 2014
Publicación: Wiley 2004
ISBN: 9788497328944
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