Los materiales se clasifican en conductores, aislantes y semiconductores dependiendo de su capacidad para conducir la electricidad. Los conductores como los metales tienen electrones libres que pueden moverse fácilmente, mientras que los aislantes como la madera tienen enlaces atómicos fuertes que impiden el movimiento de electrones. Los semiconductores pueden conducir electricidad en ciertas condiciones.
2. Son materiales cuya resistencia al paso de la electricidad
es muy baja. Los mejores conductores eléctricos son
metales, como el cobre, el oro, elhierro 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 de mar) o cualquier
material en estado de plasma.
Para el transporte de energía eléctrica, así como para cualquier
instalación de uso doméstico o industrial, el mejor conductor es
la plata, pero debido a su elevado precio, los materiales
empleados habitualmente son el cobre (en forma de
cables de uno o varios hilos), o el aluminio; metal que
si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del 60% de la
del cobre, es sin embargo un material tres veces más ligero, por lo
que su empleo está más indicado en líneas aéreas de transmisión
de energía eléctrica en las redes de alta tensión.1 A diferencia de lo
que mucha gente cree, el oro es levemente peor conductor que el
cobre, sin embargo, se utiliza en bornes de baterías y conectores
eléctricos debido a su durabilidad y “resistencia” a la corrosión.
3. La conductividad eléctrica del cobre puro fue
adoptada por laComisión Electrotécnica Internacional en 1913 como
la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo
el International Annealed Copper Standard
(Estándar Internacional del Cobre Recocido)
o IACS. Según esta definición, la conductividad
del cobre recocido medida a 20 °C es igual a 58.0 MS/m.2 A este
valor es a lo que se llama 100% IACS y
la conductividad del resto de los materiales se expresa como un
cierto porcentaje de IACS.
La mayoría de los metales tienen valores de conductividad
inferiores a 100% IACS pero existen excepciones
como la plata o los cobres especiales de muy alta conductividad
designados C-103 y C-110.3
11. No existe el aislante perfecto y
prácticamente tampoco el
conductor perfecto.
Existe un tercer grupo de
materiales
denominados semiconductores
que, como su nombre lo indica,
conducen la corriente bajo ciertas
condiciones.
Lo que diferencia a cada grupo es
su estructura atómica. Los
conductores
son, generalmente, metales esto se
debe a que dichos poseen pocos
átomos en
sus últimas órbitas y, por lo tanto,
tienen tendencia a perderlos con
facilidad.
Los aislantes, en cambio, están
formados por átomos con
muchos electrones
en sus últimas órbitas (cinco a
ocho), por lo que, no tienen
tendencia a perderlos
fácilmente y a no establecer
una corriente de electrones. De
ahí su alta resistencia.
También existe otro
tercer tipo de materiales, que
cambia en mayor o menor
medida la característica de los
anteriores, los
semiconductores. Su
característica principal es
la de conducir la corriente
sólo bajo determinadas
circunstancias, y evitar el paso
de ella en otras.
12. A temperaturas bajas la estructura
normal es la que se muestra
en la figura de arriba en la cual no se
observa ningún electrón ni hueco
libre y por tanto el semiconductor se
comporta como un aislante.
Estos cuatro electrones se encuentran
formando uniones co
valentes con otros átomos vecinos
para así formal un cristal, que
es la forma que se los encuentra en
la naturaleza. Si esta estructura se
encuentra a una temperatura muy
baja o en el cero absoluto, el cristal
tendrá tan poca energía que no hará
posible la conducción eléctrica.
liberándose un cierto
número de electrones.
En cambio, a la temperatura
ambiente (20-25 grados C.)
algunas de las fuertes
uniones entre los átomos se
rompen debido al
calentamiento del
semiconductor y como
consecuencia de ello algunos
de los electrones pasan a ser
libres.
En la figura siguiente se
representa esta situación. La
ausencia del electrón que
pertenecía a la unión de dos
átomos de silicio se
representa por un círculo,
18. La diferencia de los distintos materiales es que los aislantes son
materiales que
presentan gran resistencia a que las cargas que lo forman se
desplacen y
los conductores tienen cargas libres y que pueden moverse con
facilidad.
De acuerdo con la teoría moderna de la materia (comprobada por
resultados
experimentales), los átomos de la materia están constituidos por
unnúcleo cargado positivamente, alrededor del cual giran a gran
velocidad cargas eléctricas negativas. Estas cargas negativas, los
electrones, son indivisibles e idénticas para toda la materia.
En los elementos llamados conductores, algunos de estos
electrones
pueden pasar libremente de un átomo a otro cuando se aplica
unadiferencia de potencial (o tensión eléctrica) entre los extremos
del conductor.
19. A este movimiento de electrones es a lo que se
llama corriente eléctrica.
Algunos materiales, principalmente los metales, tienen un
gran número de
electrones libres que pueden moverse a través del
material. Estos materiales
tienen la facilidad de transmitir carga de un objeto a otro,
estos
son los antes mencionados conductores.
Los mejores conductores son los elementos metálicos,
especialmente el oro, plata (es el más
conductor),1 el cobre, el aluminio, etc.
Los materiales aislantes tienen la función de evitar el
contacto entre las diferentes
partes conductoras (aislamiento de la instalación) y
proteger a las personas frente
a las tensiones eléctricas (aislamiento protector).