21/05/13

MATERIALES CONDUCTORES Y NO CONDUCTORES

Raúl Delgado Martínez, Sharon zapa vuelbas, Francisco Barraza, Jorge F. vuelbas. Departamento de Ingeniería

Universidad de Córdoba, Montería

RESUMEN

Todas las instalaciones eléctricas, instalaciones de energías renovables, cuadros eléctricos con contactares y aparatos tecnológicos están compuestos por materiales conductores y materiales aislantes. Desde el descubrimiento de la electricidad hasta nuestros días, son los materiales más utilizados, ya que sin ellos no se podría transportar con seguridad la electricidad. La electricidad es una forma de energía que se puede trasmitir de un punto a otro. Todos los cuerpos presentan esta característica, que es propia de las partículas que lo forman, pero algunos la trasmiten mejor que otros. Los cuerpos, según su capacidad de trasmisión de la corriente eléctrica, son clasificados en conductores y aisladores. Conductores son los que dejan traspasar a través de ellos la electricidad. Entre éstos tenemos a los metales como el cobre. En general, los metales son conductores de la electricidad. Los aislantes o malos conductores, son los que no permiten el paso de la corriente eléctrica, ejemplo: madera, plástico, etc.

1. TEORÍA RELACIONADA.

Los materiales conductores son aquellos materiales cuya resistencia al paso de la corriente es muy baja, recordemos que un buen aislante presenta una resistencia de hasta 1024 veces mayor que un buen conductor. En general podemos denominar material conductor a cualquier sustancia o material que sometido a una diferencia de potencial eléctrico proporciona un paso continuo de corriente eléctrica. En general todas las sustancias en estado sólido o líquido poseen la propiedad de conductividad eléctrica, pero algunas sustancias son buenos conductores, las mejores sustancias conductoras son los metales. Dentro de los materiales metálicos más utilizados mencionamos: la Plata, el cobre, aluminio, aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre y conductores compuestos de aluminio-acero y cobre-acero cuyas aplicaciones en las industrias eléctricas son muy útiles.

Propiedades eléctricas de los materiales conductores.

Las propiedades eléctricas que han de tener en cuenta para determinar la calidad de los materiales conductores son las siguientes:

a) Resistencia eléctrica.

b) Resistividad.

c) Conductividad.

Resistencia eléctrica para materiales conductores.

La resistencia eléctrica R, de un material conductor constituye un índice de la oposición que ofrece el paso de la corriente eléctrica. Se define como la relación entre la tensión constante U, aplicada a sus extremos y la corriente I permanente que circula por el conductor, es decir, que se trata de un coeficiente de proporcionalidad entre ambas magnitudes, expresado por:

Ecuacion 1

Para un material conductor determinamos, la resistencia R es, en general, independiente de la tensión aplicada U y de la corriente I que pasa por el circuito formando con un conductor;

en realidad, un parámetro que depende de la naturaleza y dimensiones del metal considerado.

En conductores de sección uniforme, relativamente pequeña respecto de su longitud, la resistencia es directamente proporcional a la longitud l e inversamente proporcional a S, de forma que puede expresarse por:

Ecuacion 2

En la que ρ es el coeficiente de proporcionalidad, distinto para casa material conductor y denominado resistividad. La unidad práctica de resistencia es el Ohmio (Ω), definido como la resistencia eléctrica de un circuito recorrido por la corriente de 1 amperio, con una diferencia de potencial de 1 voltio.

Resistividad eléctrica.

La resistividad eléctrica es la medida de la resistencia eléctrica de una cantidad unidad de un material dado. Si la resistividad se refiere a las unidades de superficie y de longitud, se denomina resistividad volumétrica, que en general es la más utilizada para materiales conductores metálicos, dicha resistividad se deduce de la formula (2) donde:

Ecuacion 3

Donde la unidad de medida es:

Conductividad eléctrica.

La conductividad eléctrica χ es la inversa de la resistividad, definida anteriormente, y esta expresada por:

Ecuacion 4

Donde las unidades también son inversas a las de la resistividad:

ESCRIBA EL TÍTULO DE LA GUÍA DE LABORATORIOJ. Ayazo, A. Martínez y R. Pérez

Donde S es la unidad de Siemens.

Variación de la resistividad en función del coeficiente de temperatura.

Si al variar la temperatura desde t1 a t2 ºC, su resistencia aumenta desde ρt1a ρt2, se define como coeficiente de temperatura medio α ρt1 a partir de t1, donde α ρt1 es independe de la resistividad inicial de la muestra, de la temperatura y de la calidad de la muestra del material.

De donde entonces se puede expresar matemáticamente la variación de la resistividad en función del coeficiente de temperatura como:

Ecuacion 5

Que es una formula muy aplicable para los metales puros, dentro de la zona de trabajo usual (0º a 100º) y de múltiples aplicaciones.

2. MONTAJE Y PROCEDIMIENTO.

Figura 1. Montaje de la práctica

Se montó el circuito según el esquema 1. Se conectó la lámpara como indicador general de funcionamiento, y el amperímetro como indicador preciso de la corriente. Se colocaron los dos soportes universales paralelos en línea de orificio inferior del panel reticulado.

Se puso una pinza de cocodrilo en los extremos roscados de cada uno de los soportes, para así colocar entre ellas los materiales a estudiar, para cada material se midió la corriente en el circuito y se observó el estado de la lámpara.

3. RESULTADOS Y OBSERVACIONES.

Material Lam off Lam on Intensidad A

V fuente

Hierro X 0.23 11.97

Aluminio X 0.23 11.97

Madera X

plástico X

Aluminio (cilind)

X 0.23 11.90

Grafito X 0.23 11.94

Plomo X 0.23 11.94

Cobre X 0.23 11.94

Plata X 0.23 11.96

Tabla 1: resultados de la práctica.

Observaciones:

Según los datos obtenidos, la intensidad en el circuito es la misma para todos los conductores. El voltaje del circuito depende de la resistencia de cada material, un voltaje alto significa poca resistencia en el material.

4. ANÁLISIS Y CONCLUSIONES.

Una propiedad común o prácticamente todos los materiales, es la de permitir, en algún grado, la conducción de la corriente eléctrica, pero así como algunos materiales son buenos conductores, otros son malos conductores de dicha corriente. Desde este punto de vista, los materiales pueden clasificarse en conductores y no conductores. Un material es conductor cuando puede desempeñar esa función en un circuito, independiente del valor de su conductividad.

Los materiales conductores son aquellos materiales cuya resistencia al paso de la corriente es muy baja, decimos que un buen aislante presenta una resistencia mucho mayor que un buen conductor. En general podemos denominar material conductor a cualquier sustancia o material que sometido a una diferencia de potencial eléctrico proporciona un paso continuo de corriente eléctrica. En general todas las sustancias en estado sólido o líquido poseen la propiedad de conductividad eléctrica, pero algunas sustancias son buenos conductores, como los metales cuyas aplicaciones en las industrias eléctricas son muy útiles.

Al conectar un conductor a una fuente de tensión se observa que la intensidad de la corriente que por el circula depende del valor

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ESCRIBA EL TÍTULO DE LA GUÍA DE LABORATORIOJ. Ayazo, A. Martínez y R. Pérez

de esta, se dice que la intensidad que circula por un conductor es directamente proporcional a la tensión a la que se conecta, lo cual se observa en la práctica realizada donde la intensidad medida en el circuito utilizando diferentes conductores siempre es igual en todo los puntos. A diferencia del voltaje medido en el circuito, el cual tiene un valor cambiante que depende del material de conducción utilizado, una magnitud que depende de las características físicas del conductor denominada resistencia eléctrica. La resistencia eléctrica es la propiedad que tienen los conductores de transformar la energía eléctrica en calor. Todas las sustancia conductoras ofrecen resistencia al paso de la corriente, pues la desplazarse los electrones por el interior del conductor, van siendo atraídos por los átomos que los conforman produciendo sucesivos choques que se manifiestan a través del aumento de su temperatura (en los resultado se observa que la tensión o voltaje no es el mismo en la fuente y el receptor, debido a que los conductores disipan la energía en forma de calor).

La resistencia a la electricidad en los diversos conductores está determinada por ciertos factores. La diferencia en la resistencia de los distintos materiales conductores o no conductores radica en el tipo de material que los forma Pero dentro del mismo material hay dos factores que determinan el grado de resistencia eléctrica que observaremos. Por un lado la longitud y por otro la sección de dicho conductor. La sección es la superficie circular que cubre el diámetro. O sea, es la sección transversal. Los electrones circulan atravesando esta sección de un punto a otro. Si aumentamos la sección habrá más cantidad de electrones o flujo de electrones que atraviese esta sección. Por lo tanto a mayor sección habrá menor resistencia eléctrica. El otro factor es la longitud del conductor. A mayor longitud habrá un mayor camino para los electrones y se tardara más en circular la corriente eléctrica. Por lo tanto, a mayor longitud habrá mayor resistencia eléctrica. Entonces decimos que la resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional a la superficie se su sección normal, de la cual se tiene la siguiente formula

En la que ρ es el coeficiente de proporcionalidad, distinto para casa material conductor y denominado resistividad. La resistividad eléctrica es una constante que depende de cada material vemos que los metales como la plata y el cobre tienen baja resistividad, por esto son buenos conductores de la corriente eléctrica. Al contrario de materiales como la madera.

5. PREGUNTAS.

1. ¿Qué materiales solidos (en sentido genérico) conducen la corriente eléctrica? R/ Entre los sólidos que conducen la corriente eléctrica se encuentran los metales y las aleaciones, además de estos, y otros materiales como el grafito observado en la práctica

2. ¿Qué materiales líquidos conducen la corriente eléctrica? R/ En general, los líquidos que conducen la corriente eléctrica son los ácidos fuertes (sulfúricos, clorhídricos, nítricos) junto

con las disoluciones de sus sales en agua (tales como: sulfato de cobre, nitrato de plata, cloruro de sodio) y las bases (por ejemplo: la sosa acústica, el hidróxido de potasio) y algunos líquidos orgánicos (benceno, aceites, alcoholes y fenoles).

3. ¿Qué sucede en el líquido después de un tiempo de estar circulando la corriente eléctrica? Explique.R/ El efecto más importante que tiene lugar en un líquido conductor cuando pasa por el una corriente eléctrica es que hay una reacción química en los electrodos. El nombre que se le da a este proceso se llama electrolisis y el líquido se denomina electrolito

6. CONCLUSIONES.

La intensidad de corriente eléctrica en un circuito es proporcional a la tensión de la fuente, donde la tensión del circuito depende de la resistencia que este ofrezca debido a los conductores.

La resistencia eléctrica de los materiales metálicos utilizados como conductores (cobre, aluminio, acero, etc.), varía con la temperatura, de forma que al aumentar esta, aumenta la resistencia.

La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional a la superficie se su sección normal. Los no conductores presentan una gran resistencia al paso de la corriente, por esta razón se consideran aislantes.

7. REFERENCIAS.

http://ayudaelectronica.com/propiedades-caracteristicas-materiales-conductores/

www.frsf.utn.edu.ar/matero/visitante/bajar_apunte.php?id_catedra

www.profesorenlinea.cl/física/AislantesyConducElectricos.htm

www.tryengineering.org/lang/spanish/lessons/insandcond.pdf

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