Propiedades de Conductores Elctricos

Una central elctrica est fabricada de metal para permitir que sea un buen conductor.Jupiterimages/Photos.com/Getty ImagesMientras los electrones libres se muevan sobre la superficie de una sustancia metlica, pueden formar corrientes elctricas. Los metales funcionan como buenos conductores elctricos. Una importante propiedad de un metal es conducir tanto el calor como la electricidad. Los metales pierden fcilmente electrones de la capa exterior de sus tomos, y estos electrones se mueven alrededor libremente. La mediciones de conductividad proveen una aproximacin de la movilidad del electrn.Otras personas estn leyendo Propiedades de los aislantes elctricos Las propiedades fsicas y qumicas del cable de cobreConductores

Jupiterimages/Photos.com/Getty ImagesLos metales conducen el calor y la electricidad debido a sus electrones libres. Cuando los tomos pierden sus electrones, cargandose positivamente, y el metal se convierte en una matriz de iones positivos con una nube de electrones. Cuando estos electrones se conducen de manera ordenada, producen una corriente elctrica. La mayora de los metales pierden su propiedad de conducir una corriente cuando su temperatura se eleva. Mientras los electrones libres absorben la energa trmica, se mueven ms rpido de una manera catica, la resistividad del metal se incrementa, y no pueden transportar una corriente. Ejemplos de conductores incluyen la plata, el cobre, el oro, el aluminio, el hierro, el acero, el bronce y el mercurio. La plata es el mejor conductor elctrico, sin embargo se corroe, y es caro. El cobre es un conductor ms econmico, y es resistente a la corrosin.Conductividad y resistividad

Jupiterimages/Photos.com/Getty ImagesMientras que resistividad y conductividad se oponen una con la otra, proveen medidas de la movilidad del electrn. El movimiento ordenado de electrones a travs de un conductor metlico induce la corriente elctrica, la conductividad mide la propiedad de un material de conducir una corriente elctrica. La resistividad es la medida de la fuerza con que un material se opone al flujo de una corriente elctrica. Un conductor tiene un alto nivel de conductividad pero un bajo nivel de resistividad. Por otra parte, un aislante tiene un alto nivel de resistividad y no conductividad.AislantesUn material no-metlico -- como goma, plstico, o vidrio -- impide el flujo de electricidad. Un aislante tiene un alto nivel de resistividad pero un bajo nivel de conductividad. Es un pauperrimo conductor de electricidad desde que se compone de materiales que tienen una muy alta resistencia y ningn electrn libre disponible para transportar la corriente. Tericamente, un vaco perfecto sera un aislante perfecto como sea el agua sin impurezas, pero ninguno se ha observado en la naturaleza. El tomo de un aislante tiene electrones firmemente vinculados a sus tomos por uniones inicas o covalentes entonces no son electrones libres. Como resultado, no circula corriente.Semiconductores

Jupiterimages/Photos.com/Getty ImagesLos microprocesadores, transistores y todas las computadoras dependen de semiconductores. Los elementos cristalinos -- como el germanio o el silicio -- y compuestos, incluido el arseniuro de galio, funciona como un semiconductor. Un semiconductor es un material que posee conductividad elctrica con una magnitud entre la de un conductor y un aislante. Los semiconductores pueden conducir la electricidad selectivamente trabajando en algunas condiciones y en otras no, generando un buen medio para controlar la corriente elctrica. Son tiles en electrnica de estado slido como diodos, transistores, chip de memoria y circuitos integrados.

Propiedades de los aislantes elctricosEscrito por robert allen | Traducido por alejandro schaller

Los aislantes elctricos son frecuentemente construidos de material cermico.Andy Sotiriou/Photodisc/Getty ImagesLos aislantes elctricos mantienen funcionando correctamente a los aparatos electrnicos en un amplio espectro, desde los aislantes microscpicos utilizados para evitar que las seales se interfieran en un circuito integrado de una computadora a los aislantes de servicio pesado utilizado para colgar lneas de energa elctrica de elevado voltaje sobre la tierra. Dependiendo de cmo sean empleados, los aislantes elctricos varan en tamao y composicin, pero comparten algunas propiedades importantes.Otras personas estn leyendo Propiedades de Conductores Elctricos Cmo funcionan los aislantes elctricosAislacin elctricaUn material conocido como conductor elctrico permite a los electrones que circulen a travs de l. Muchos materiales conductores son metales, como el cobre, aunque en extremadamente pequeas escalas los derivados del silicio tambin pueden ser utilizados. En cambio, un material es un aislante elctrico cuando no permite el flujo de electricidad. Los aislantes estn definidos por tener una banda de valencia grande (es decir, una gama amplia dentro de la cual no pueden existir electrones). Esta banda torna difcil la transmisin elctrica, creando un aislante eficaz.Rotura elctricaA pesar de la existencia de las bandas de valencia, los aislantes en general no son perfectos. En un cierto punto existe suficiente electricidad impulsada a travs de un material aislante que el campo elctrico generado transforma el aislante en un resistor. En este momento la acumulacin de calor comienza a hacerse sentir y eventualmente el aislante ser completamente destruido. Debido a la fuerza de las corrientes involucradas, la rotura elctrica es ms comn en aplicaciones de extremadamente alto voltaje, donde tambin es ms peligrosa.MaterialesPara situaciones donde se requiere extremadamente altos niveles de aislacin, pueden utilizarse materiales como los vidrios o cermicos. Estos aislantes tienen una forma distintiva, y alguna gente los considera elementos de coleccin. Para aplicaciones de voltaje ms bajas, tales como los proyectos comunes de aficionados, materiales ms flexibles como la goma o el plstico son suficientes. Estos funcionan envainando el cable; alternativamente, el cable puede ser esmaltado con una capa fina de resina aislante.Aislacin microelectrnicaAs como en las lneas de transmisin de energa elctrica de alto voltaje y en las antenas, los elementos microelectrnicos basados en semiconductores tambin requieren aislacin (en este caso para evitar que las seales se interfieran accidentalmente entre s). Por ejemplo, los circuitos impresos estn normalmente compuestos por una lmina de resina con una capa de cobre superpuesta; los diseadores de circuitos quitan selectivamente tramos de cobre, dejando trazos aislados entre s por la resina. En una escala microscpica, el mismo silicio que forma parte de los transistores de la computadora puede actuar tanto como un semiconductor o como un aislante: cuando se expone al oxgeno, el silicio forma dixido de silicio, que tiene propiedades aislantes naturales.

PROPIEDADES DE ALGUNOS CONDUCTORES Y AISLANTESQu son los metales?Grupo de elementos qumicos que presentan todas o gran parte de las siguientes propiedades fsicas: estado slido a temperatura normal, excepto el mercurio que es lquido; opacidad, excepto en capas muy finas; buenos conductores elctricos y trmicos; brillantes, una vez pulidos, y estructura cristalina en estado slido. Metales y no metales se encuentran separados en el sistema peridico por una lnea diagonal de elementos. Los elementos a la izquierda de esta diagonal son los metales, y los elementos a la derecha son los no metales. Los elementos que integran esta diagonal (boro, silicio, germanio, arsnico, antimonio, telurio, polonio y astato) tienen propiedades tanto metlicas como no metlicas. Los elementos metlicos ms comunes son los siguientes: aluminio, bario, berilio, bismuto, cadmio, calcio, cerio, cromo, cobalto, cobre, oro, iridio, hierro, plomo,litio, magnesio, manganeso, mercurio, molibdeno, nquel, osmio, paladio, platino, potasio, radio, rodio, plata, sodio,tantalio, talio, torio, estao, titanio, wolframio, uranio, vanadio y cinc. Los elementos metlicos se pueden combinar unos con otros y tambin con otros elementos formando compuestos, disoluciones y mezclas. Una mezcla de dos o ms metales o de un metal y ciertos no metales como el carbono se denomina aleacin. Las aleaciones de mercurio con otros elementos metlicos son conocidas como amalgamas.Los metales muestran un amplio margen en sus propiedades fsicas. La mayora de ellos son de color grisceo, pero algunos presentan colores distintos; el bismuto es rosceo, el cobre rojizo y el oro amarillo. En otros metales aparece ms de un color, y este fenmeno se denomina pleocroismo. El punto de fusin de los metales vara entre los -39 C del mercurio, a los 3.410 C del tungsteno. El iridio, con una densidad relativa de 22,4, es el ms denso de los metales. Por el contrario, el litio es el menos denso, con una densidad relativa de 0,53. La mayora de los metales cristalizan en el sistema cbico, aunque algunos lo hacen en el hexagonal y en el tetragonal. La ms baja conductividad elctrica la tiene el bismuto, y la ms alta a temperatura ordinaria la plata. La conductividad en los metales puede reducirse mediante aleaciones. Todos los metales se expanden con el calor y se contraen al enfriarse. Ciertas aleaciones, como las de platino e iridio, tienen un coeficiente de dilatacin extremadamente bajo.Propiedades fsicasLos metales suelen ser duros y resistentes. Aunque existen ciertas variaciones de uno a otro, en general los metales tienen las siguientes propiedades: dureza o resistencia a ser rayados; resistencia longitudinal o resistencia a la rotura; elasticidad o capacidad de volver a su forma original despus de sufrir deformacin; maleabilidad o posibilidad de cambiar de forma por la accin del martillo; resistencia a la fatiga o capacidad de soportar una fuerza o presin continuadas y ductilidad o posibilidad de deformarse sin sufrir roturas.Propiedades qumicasEs caracterstico de los metales tener valencias positivas en la mayora de sus compuestos. Esto significa que tienden a ceder electrones a los tomos con los que se enlazan. Tambin tienden a formar xidos bsicos. Por el contrario, elementos no metlicos como el nitrgeno, azufre y cloro tienen valencias negativas en la mayora de sus compuestos, y tienden a adquirir electrones y a formar xidos cidos.Los metales tienen energa de ionizacin baja: reaccionan con facilidad perdiendo electrones para formar iones positivos o cationes. De este modo, los metales forman sales como cloruros, sulfuros y carbonatos, actuando como agentes reductores (donantes de electrones).Estructura electrnicaEn sus primeros esfuerzos para explicar la estructura electrnica de los metales, los cientficos esgrimieron las propiedades de su buena conductividad trmica y elctrica para apoyar la teora de que los metales se componen de tomos ionizados, cuyos electrones libres forman un "mar" homogneo de carga negativa. La atraccin electrosttica entre los iones positivos del metal y los electrones libres, se consider la responsable del enlace entre los tomos del metal. As, se pensaba que el libre movimiento de los electrones era la causa de su alta conductividad elctrica y trmica. La principal objecin a esta teora es que en tal caso los metales deban tener un calor especfico superior al que realmente tienen.En 1928, el fsico alemn Arnold Sommerfeld sugiri que los electrones en los metales se encuentran en una disposicin cuntica en la que los niveles de baja energa disponibles para los electrones se hallan casi completamente ocupados. En el mismo ao, el fsico suizo estadounidense Flix Bloch, y ms tarde el fsico francs Louis Brillouin, aplicaron esta idea en la hoy aceptada "teora de la banda" para los enlaces en los slidos metlicos.De acuerdo con dicha teora, todo tomo de metal tiene nicamente un nmero limitado de electrones de valencia con los que unirse a los tomos vecinos. Por ello se requiere un amplio reparto de electrones entre los tomos individuales. El reparto de electrones se consigue por la superposicin de orbitales atmicos de energa equivalente con los tomos adyacentes. Esta superposicin va recorriendo toda la muestra del metal, formando amplios orbitales que se extienden por todo el slido, en vez de pertenecer a tomos concretos. Cada uno de estos orbitales tiene un nivel de energa distinto debido a que los orbitales atmicos de los que proceden, tenan a su vez diferentes niveles de energa. Los orbitales, cuyo nmero es el mismo que el de los orbitales atmicos, tienen dos electrones cada uno y se van llenando en orden de menor a mayor energa hasta agotar el nmero de electrones disponibles. En esta teora se dice que los grupos de electrones residen en bandas, que constituyen conjuntos de orbitales. Cada banda tiene un margen de valores de energa, valores que deberan poseer los electrones para poder ser parte de esa banda. En algunos metales se dan interrupciones de energa entre las bandas, pues los electrones no poseen ciertas energas. La banda con mayor energa en un metal no est llena de electrones, dado que una caracterstica de los metales es que no poseen suficientes electrones para llenarla. La elevada conductividad elctrica y trmica de los metales se explica as por el paso de electrones a estas bandas con defecto de electrones, provocado por la absorcin de energa trmica.Metales dctiles:Qu es la ductilidad?. Es una propiedad de un metal, una aleacin o cualquier otro material que permite su deformacin forzada, en hilos, sin que se rompa o astille. Cuanto ms dctil es un material,ms fino es el alambre o hilo, que podr ser estirado mediante un troquel para metales, sin riesgo de romperse. Decimos entonces que un metal dctil es todo aquel que permite su deformacin forzada, en hilos, sin que se rompa o astille.Metales Maleables:La maleabilidad es la posibilidad de cambiar de forma por la accin del martillo, qu quiere decir entonces? Que puede batirse o extenderse en planchas o laminas.Conductor elctrico:Cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad. La diferencia entre un conductor y un aislante, que es un mal conductor de electricidad o de calor, es de grado ms que de tipo, ya que todas las sustancias conducen electricidad en mayor o en menor medida. Un buen conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio o la mica. El fenmeno conocido como superconductividad se produce cuando al enfriar ciertas sustancias a una temperatura cercana al cero absoluto su conductividad se vuelve prcticamente infinita. En los conductores slidos la corriente elctrica es transportada por el movimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones.Semiconductor:Material slido o lquido capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal. La conductividad elctrica, que es la capacidad de conducir la corriente elctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las propiedades fsicas ms importantes. Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el vidrio son muy malos conductores. A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como aislantes. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales. Las propiedades de los semiconductores se estudian en la fsica del estado slido.Electrones de conduccin y huecos:Entre los semiconductores comunes se encuentran elementos qumicos y compuestos, como el silicio, el germanio, el selenio, el arseniuro de galio, el seleniuro de cinc y el telurio de plomo. El incremento de la conductividad provocado por los cambios de temperatura, la luz o las impurezas se debe al aumento del nmero de electrones conductores que transportan la corriente elctrica. En un semiconductor caracterstico o puro como el silicio, los electrones de valencia (o electrones exteriores) de un tomo estn emparejados y son compartidos por otros tomos para formar un enlace covalente que mantiene al cristal unido. Estos electrones de valencia no estn libres para transportar corriente elctrica. Para producir electrones de conduccin, se utiliza la luz o la temperatura, que excita los electrones de valencia y provoca su liberacin de los enlaces, de manera que pueden transmitir la corriente. Las deficiencias o huecos que quedan contribuyen al flujo de la electricidad (se dice que estos huecos transportan carga positiva). Este es el origen fsico del incremento de la conductividad elctrica de los semiconductores a causa de la temperatura.Dopar:

Otro mtodo para obtener electrones para el transporte de electricidad consiste en aadir impurezas al semiconductor o doparlo. La diferencia del nmero de electrones de valencia entre el material dopante (tanto si acepta como si confiere electrones) y el material receptor hace que crezca el nmero de electrones de conduccin negativos (tipo n) o positivos (tipo p). Este concepto se ilustra en el diagrama adjunto, que muestra un cristal de silicio dopado. Cada tomo de silicio tiene cuatro electrones de valencia (representados mediante puntos). Se requieren dos para formar el enlace covalente. En el silicio tipo n, un tomo como el del fsforo (P), con cinco electrones de valencia, reemplaza al silicio y proporciona electrones adicionales. En el silicio tipo p, los tomos de tres electrones de valencia como el aluminio (Al) provocan una deficiencia de electrones o huecos que se comportan como electrones positivos. Los electrones o los huecos pueden conducir la electricidad.Cuando ciertas capas de semiconductores tipo p y tipo n son adyacentes,forman un diodo de semiconductor, y la regin de contacto se llama unin pn. Un diodo es un dispositivo de dos terminales que tiene una gran resistencia al paso de la corriente elctrica en una direccin y una baja resistencia en la otra. Las propiedades de conductividad de la unin pn dependen de la direccin del voltaje, que puede a su vez utilizarse para controlar la naturaleza elctrica del dispositivo. Algunas series de estas uniones se usan para hacer transistores y otros dispositivos semiconductores como clulas solares, lseres de unin pn y rectificadores.Los dispositivos semiconductores tienen muchas aplicaciones en la ingeniera elctrica. Los ltimos avances de la ingeniera han producido pequeos chips semiconductores que contienen cientos de miles de transistores. Estos chips han hecho posible un enorme grado de miniaturizacin en los dispositivos electrnicos. La aplicacin ms eficiente de este tipo de chips es la fabricacin de circuitos de semiconductores de metal - xido complementario o CMOS, que estn formados por parejas de transistores de canal p y n controladas por un solo circuito. Adems, se estn fabricando dispositivos extremadamente pequeos utilizando la tcnica epitaxial de haz molecular.Aislantes elctricos:El aislante perfecto para las aplicaciones elctricas sera un material absolutamente no conductor, pero ese material no existe. Los materiales empleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente elctrica hasta 2,5 x 1024 veces mayor que la de los buenos conductores elctricos como la plata o el cobre. Estos materiales conductores tienen un gran nmero de electrones libres (electrones no estrechamente ligados a los ncleos) que pueden transportar la corriente; los buenos aislantes apenas poseen estos electrones. Algunos materiales, como el silicio o el germanio, que tienen un nmero limitado de electrones libres, se comportan como semiconductores, y son la materia bsica de los transistores.En los circuitos elctricos normales suelen usarse plsticos como revestimiento aislante para los cables. Los cables muy finos, como los empleados en las bobinas (por ejemplo, en un transformador),pueden aislarse con una capa delgada de barniz. El aislamiento interno de los equipos elctricos puede efectuarse con mica o mediante fibras de vidrio con un aglutinador plstico. En los equipos electrnicos y transformadores se emplea en ocasiones un papel especial para aplicaciones elctricas. Las lneas de alta tensin se aslan con vidrio,porcelana u otro material cermico.La eleccin del material aislante suele venir determinada por la aplicacin. El polietileno y poliestireno se emplean en instalaciones de alta frecuencia, y el mylar se emplea en condensadores elctricos. Tambin hay que seleccionar los aislantes segn la temperatura mxima que deban resistir. El Tef... "resina anti-adherente" "fluoropolmero" (la empresa me prohibi poner el nombre comercial) se emplea para temperaturas altas, entre 175 y 230 C. Las condiciones mecnicas o qumicas adversas pueden exigir otros materiales. El nylon tiene una excelente resistencia a la abrasin, y el neopreno, la goma de silicona, los polisteres de epoxy y los poliuretanos pueden proteger contra los productos qumicos y la humedad.Cul es la diferencia existente entre conductor,semiconductor y aislante?Es sencillo, los conductores son todos aquellos que poseen menos de 4 electrones en la capa de valencia, el semiconductor es aquel que posee 4 electrones en la capa de valencia y el aislante es el que posee mas de 4 electrones en la capa de valencia.

3.1. Materiales conductores y aislantes

En funcin de si un material especfico transmite con mayor o menor facilidad la corriente elctrica, hablamos de conductores y de aislantes. Un conductor elctrico es un cuerpo que transmite la corriente elctrica a travs de l; como ya sabrs, los materiales que mejor conducen la corriente son los metales, aunque tambin conducen la corriente elctrica materiales como el grafito y el agua, cuando tiene disuelta alguna sal. Un aislante elctrico es un material que no permite el paso de corriente a su travs; existen aislantes naturales, como la madera o todos los materiales ptreos, y aislantes artificiales como los materiales plsticos.

Imagen 22: Autora: Pilar A. Lpez. Autorizado su uso educativo no comercial

No todos los metales conducen la corriente con la misma facilidad: el mejor conductor conocido es la plata, seguido de cerca por el cobre, y algo menos el oro y el aluminio. Lgicamente, el alto precio de los metales preciosos como la plata hacen inviable su uso como conductores de amplio uso, por lo que se utiliza habitualmente el cobre. En los casos en los que se necesita menos peso, se pone aluminio, que aunque presenta una conductividad menor que el cobre, es bastante ms ligero. Los dems metales, como el hierro, el acero, el latn, etctera, conducen peor la electricidad, es decir, oponen ms resistencia al paso de la corriente y generan muchas ms prdidas por calor. La mayor o menor facilidad para conducir la corriente elctrica se basa en la estructura atmica de los materiales. Los elementos de tipo metlico estn formados por tomos que contienen pocos electrones en su nivel ms externo; los tomos estn cerca unos de otros, de forma que esos electrones externos estn compartidos por todos los tomos, formando una nube donde los electrones pueden moverse libremente, lo que explica la conductividad elctrica, y tambin las propiedades tpicamente metlicas, como la ductilidad, la maleabilidad y el brillo. En el resto de materiales, esos electrones del ltimo nivel estn fijos, bien localizados en las molculas; no se pueden mover, por lo que esos materiales no conducen la electricidad, y son aislantes.

Imgenes 23 y 24 Autor: Desconocido. Autorizado su uso educativo no comercial

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