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MATERIALES CONDUCTORES ELÉCTRICOS

Materiales conductores eléctricos

Los materiales conductores eléctricos permiten que los electrones fluyan libremente de partícula a partícula. Un objeto hecho de un material conductor permitirá que se transfiera una carga a través de toda la superficie del objeto. Si la carga se transfiere al objeto en un lugar determinado, esta se distribuye rápidamente a través de toda la superficie del objeto.

Estos materiales tienen una resistencia al paso de la electricidad muy baja. Los mejores materiales conductores eléctricos son metales, como el cobre, el oro, el hierro, la plata y el aluminio, y sus aleaciones, aunque existen otros materiales no metálicos que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como el grafito o las disoluciones y soluciones salinas (por ejemplo, el agua del mar).

¿Cómo funcionan los materiales conductores eléctricos?

La distribución de la carga es el resultado del movimiento de electrones. Los materiales conductores eléctricos permiten que los electrones sean transportados de partícula a partícula, ya que un objeto cargado siempre va a distribuir su carga hasta que las fuerzas de repulsión globales entre electrones en exceso se reduzcan al mínimo. De este modo, si un conductor cargado es tocado a otro objeto, el conductor puede incluso transferir su carga a ese objeto.

Químicamente, el proceso que ocurre con los materiales conductores es que algunos electrones pasan libremente de un átomo a otro por un proceso de diferencia de potencial entre los extremos del conductor. Precisamente este movimiento de los electrones es la corriente eléctrica.

Los conductores, entonces, son los que cuentan con un gran número de electrones libres que se mueven a través del material, transmitiendo con mayor facilidad la carga de un objeto a otro. Para describir estos materiales, en muchas ocasiones se realiza la comparación con una tubería por la que pasa un fuerte caudal de agua.

Los mecanismos de conductividad no son idénticos en los tres estados de la materia. En el caso de los líquidos, la conductividad se relaciona con la presencia de sales en solución, al tiempo que en los sólidos la conductividad tiene que ver con las bandas de valencia y la formación de una nube de electrones.

La transferencia de carga entre los objetos se produce más fácilmente si el segundo objeto está hecho de un material conductor. Los conductores permiten la transferencia de carga a través de la libre circulación de los electrones.

Semiconductor

Dentro de los materiales conductores eléctricos, nos encontramos con materiales que tiene la misma función, pero que también puede actuar como un aislante, aunque depende de varios factores. Estos factores son:

  • Campo eléctrico
  • Campo magnético
  • La presión
  • La radiación que incide
  • La temperatura del ambiente en el que se encuentra

Los materiales semiconductores que más se emplean es el silicio, el germanio y, hasta hace poco, se ha comenzado a emplear el azufre como materia semiconductor.

Superconductor

Este material es fascinante, porque tiene la capacidad intrínseca que poseen los materiales para conducir corriente, pero sin la resistencia ni la pérdida de energía, siempre que se den las condiciones idóneas.

Normalmente, la resistividad eléctrica de un conductor metálico va decreciendo a medida que la temperatura va disminuyendo también. La resistencia del superconductor hace que baje bruscamente, cuando se llega a una temperatura crítica, pero consigue que la energía que queda dentro siga fluyendo, a pesar de no tener alimentación. Se crea la superconductividad.

Pasa con gran variedad de materiales, incluso aleaciones sencillas como el estaño o el aluminio, manifestando la ausencia de resistencia, de manera que impide que el material entre en su campo. Lo que es el efecto Meissner, que permite repeler el material, consiguiendo que éste se mantenga a flote.

Materiales aislantes

En contraste con los materiales conductores eléctricos, los aislantes son materiales que impiden el libre flujo de los electrones de átomo a átomo y de molécula a molécula. Si la carga se transfiere a un aislante en un lugar determinado, el exceso de carga permanecerá en la posición inicial de la carga. Las partículas del aislante no permiten el libre flujo de electrones; posteriormente la carga rara vez se distribuye de manera uniforme por la superficie de un material que sea aislante.

Mientras que los aislantes no son útiles para la transferencia de carga, tienen un papel crucial en experimentos electrostáticos y manifestaciones. Los objetos conductores son a menudo montados sobre objetos aislantes. Esta disposición de un conductor en la parte superior de un aislante evita que la carga sea transferida desde el objeto conductor con su entorno evitando así accidentes como los cortocircuitos o que nos electrocutemos. Esta disposición nos permite entonces manipular un objeto conductor, pero sin tocarlo.

Podemos decir entonces que el material aislante sirve como un asa para mover el conductor en la parte superior de una mesa de laboratorio. Si los experimentos de carga se realizan con latas de refresco de aluminio, por ejemplo, las latas se deben montar en la parte superior de vasos de plástico. Los vasos sirven como aislantes, evitando que las latas de refresco desempeñen su carga.

Ejemplos de materiales conductores eléctricos

Incluyen metales, soluciones acuosas de sales (es decir, compuestos iónicos disueltos en agua), grafito, y el cuerpo humano además de:

  • Plata
  • Cobre
  • Oro
  • Aluminio
  • Hierro
  • Acero
  • Latón
  • Bronce
  • Mercurio
  • Grafito
  • Agua sucia
  • Hormigón

La división de los materiales en las categorías de conductores y aislantes es una división algo artificial. Es más apropiado pensar en materiales siendo colocados en algún lugar a lo largo de un continuo.

Se debe entender que no todos los materiales conductores eléctricos tienen el mismo nivel de conductividad, y no todos los aislantes son igualmente resistentes a movimiento de los electrones. La conductividad eléctrica es análoga a la transparencia de ciertos materiales a la luz: los materiales que fácilmente «traspasan» la luz se llaman «transparentes», mientras que los que no lo hacen se llama «opacos». Sin embargo, no todos los materiales transparentes son igualmente conductores a la luz. Lo mismo sucede con los conductores eléctricos, algunos son mejores que otros.

Aquellos materiales que son muy conductores (conocidos como superconductores) se colocan en el extremo y los materiales que son menos conductores se colocan en el otro extremo. A partir de lo mencionado, los metales serían colocados cerca del extremo más conductor y el vidrio se colocaría en el extremo opuesto de la serie continua. La conductividad de un metal podría ser tanto como un millón de billones de veces mayor que la del vidrio.

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