Sólidos

Sólidos

Un enfoque conceptual

  • Author: Ferrari, Valeria
  • Publisher: Editorial Reverte
  • ISBN: 9788429144383
  • eISBN Pdf: 9788429197075
  • Place of publication:  Barcelona , Spain
  • Year of digital publication: 2022
  • Month: August
  • Pages: 304
  • Language: Spanish

Con un enfoque didáctico y coloquial, este libro presenta el fascinante universo de la física del estado sólido a lectores que deseen explorarlo de una manera intuitiva y conceptual. Va dirigido principalmente a estudiantes de grado y postgrado de ingenierías y carreras científicas y, en general, a todos aquellos que necesiten acercarse por primera vez a este campo.


El libro se divide en cuatro partes. La primera parte trata sobre el origen de los sólidos, las estructuras en las cuales estos cristalizan y las técnicas de difracción que posibilitan el estudio de esas estructuras. La segunda parte explica la dinámica de los átomos en los sólidos, que da lugar a las ondas de sonido en materiales. La tercera parte está dedicada a las propiedades térmicas de los materiales, focalizando en el calor específico. La cuarta parte se enfoca en las propiedades electrónicas de metales, aislantes y semiconductores poniendo énfasis en el análisis de estructuras de bandas e introduciendo las propiedades ópticas de los materiales. Se incluye un capítulo que integra y entrelaza los conceptos claves en el estudio de los sólidos. Y para cerrar, en el último capítulo se hace un recorrido imaginario y lúdico que permite relacionar lo aprendido con situaciones de la vida cotidiana.

Los pilares que definen el libro son: presentación e integración de conceptos mediante un relato claro y accesible; ejercicios y preguntas conceptuales para que el estudiante pueda autoevaluarse; e ilustraciones que permiten comprender los temas desde una perspectiva visual.


La Ciencia de Materiales actual se nutre de un enfoque interdisciplinario que exige que el conocimiento de la física del estado sólido pueda ser abordado desde diversas ramas de la ciencia y la ingeniería. Este libro, con un estilo coloquial y ameno, busca que este conocimiento pueda ser parte de ese aprendizaje.

  • Tabla periódica
  • Créditos
  • Dedicatoria
  • Prefacio
  • Contenido
  • 1. Introducción a la física del estado sólido
    • 1.1. ¿Qué nos proponemos estudiar?
    • 1.2. Un sólido entendido desde la perspectiva de los estados de la materia
    • 1.3. ¿Qué es la materia condensada?
    • 1.4. Los elementos que componen la materia
    • 1.5. Los sólidos en la vida cotidiana
    • 1.6. La física del estado sólido a la par de la tecnología
    • 1.7. La ciencia de materiales y la física del estado sólido
    • 1.8. Fenómenos físicos en materiales
  • Parte I. Estructuras cristalinas y espacio recíproco
  • 2. Sólidos cristalinos
    • 2.1. ¿Cuántos átomos hay dentro de un sólido?
    • 2.2. ¿Qué mantiene unidos a los átomos?
    • 2.3. Construyendo la tabla periódica
    • 2.4. Juntando átomos para construir un sólido
    • 2.5. Enlaces entre átomos
    • Ejercicios y preguntas conceptuales
  • 3. Estructuras cristalinas
    • 3.1. Cómo representar las estructuras
    • 3.2. Redes de Bravais
    • 3.3. La celda de Wigner-Seitz
    • 3.4. Estructuras cristalinas de materiales
    • 3.5. Planos cristalinos
    • Ejercicios y preguntas conceptuales
  • 4. Espacio recíproco
    • 4.1. Difracción para estudiar los materiales
    • 4.2. ¿Por qué usar rayos X?
    • 4.3. La ley de Bragg
    • 4.4. La red recíproca
    • 4.5. Las familias de planos y los índices de Miller
    • Ejercicios y preguntas conceptuales
  • Parte II. Dinámica de redes cristalinas
  • 5. Ondas de sonido y fuerzas interatómicas
    • 5.1. Aproximación de Born-Oppenheimer
    • 5.2. Vibraciones de la red: el origen de las ondas de sonido
    • 5.3. La energía de cohesión
    • 5.4. Fuerzas interatómicas en cristales iónicos
    • 5.5. Fuerzas interatómicas cuando los átomos del sólido oscilan
    • 5.6. Ondas acústicas en redes monoatómicas unidimensionales
    • 5.7. Velocidad de grupo y de fase
    • Ejercicios y preguntas conceptuales
  • 6. Modos normales de oscilaciónen un sólido
    • 6.1. Condiciones de contorno
    • 6.2. Densidad de estados vibracional y modos normales
    • 6.3. Modos acústico y óptico en una red lineal diatómica
    • 6.4. Modos vibracionales en un material
    • Ejercicios y preguntas conceptuales
  • Parte III. Propiedades térmicas de los sólidos
  • 7. La energía térmica en los sólidos
    • 7.1. La temperatura, el calor y la energía térmica
    • 7.2. El concepto de calor específico
    • 7.3. Primeras mediciones del calor específico (y la sorpresa que trajeron)
    • Ejercicios y preguntas conceptuales
  • 8. Nociones (imprescindibles) de mecánica estadística y cuántica
    • 8.1. Conceptos de mecánica cuántica
    • 8.2. Conceptos de mecánica estadística
    • Ejercicios y preguntas conceptuales
  • 9. El calor específico de los sólidos
    • 9.1. La importancia del calor específico
    • 9.2. El calor específico y la energía interna
    • 9.3. Observaciones experimentales en materiales
    • 9.4. La ley de Dulong y Petit
    • Ejercicios y preguntas conceptuales
  • 10. Vibraciones térmicas en un sólido y fonones
    • 10.1. Osciladores armónicos cuánticos
    • 10.2. Energía de un oscilador armónico lineal
    • 10.3. Modelo de Einstein
    • 10.4. Modelo de Debye
    • Ejercicios y preguntas conceptuales
  • Parte IV. Propiedades electrónicas de los sólidos
  • 11. Electrones en un sólido cristalino
    • 11.1. La aproximación de Born-Oppenheimer
    • 11.2. Potencial debido a los iones del sólido
    • 11.3. La aproximación de un electrón y el llenado de los niveles
    • 11.4. La estructura electrónica de los átomos
    • 11.5. Estructura de bandas en sólidos
    • Ejercicios y preguntas conceptuales
  • 12. Electrones libres en los sólidos
    • 12.1. El modelo más simple de un metal: electrones libres
    • 12.2. Sobre la discretización de las energías y las etiquetas de los estados
    • 12.3. El mar de electrones y la energía de Fermi
    • 12.4. El gas de electrones a temperatura finita
    • Ejercicios y preguntas conceptuales
  • 13- Electrones en un potencial periódico
    • 13.1. Suposiciones y aproximaciones
    • 13.2. Ondas de Bloch
    • 13.3. Consecuencias del potencial periódico: estructura de bandas
    • 13.4. El caso de un potencial muy débil: electrones cuasilibres
    • 13.5. Modelo de ligadura fuerte
    • Ejercicios y preguntas conceptuales
  • 14. Estructura de bandas en materiales
    • 14.1. Ocupación electrónica de las bandas
    • 14.2. Metales, aislantes y semiconductores
    • 14.3. Cómo interpretar las estructuras de bandas
    • 14.4. Propiedades ópticas de los materiales
    • Ejercicios y preguntas conceptuales
  • 15. Revisitando conceptos
    • 15.1. Densidad de estados y su relación con las bandas
    • 15.2. Zonas de Brillouin
    • 15.3. Ondas en los sólidos y el espacio recíproco
    • 15.4. Superficies de Fermi
    • Ejercicios y preguntas conceptuales
  • 16. Con la mirada de la física del estado sólido
  • Epílogo
  • Agradecimientos
  • Referencias
  • Índice de temas
  • Sobre la autora

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