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Materiales conductores y materiales aislantes

En Erenovable os explicamos cuáles son los materiales conocidos como Conductores y los que son aislantes de la electricidad. Además, analizamos algunos de los ejemplos más significativos.

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Índice del artículo:

  1. Los materiales conductres y materiales aislantes
  2. Ejemplos de conductores y de aislantes
  3. El agua ¿conductora o aislante?
  4. Materiales Semiconductores
  5. Materiales Superconductores
  6. Materiales conductores
  7. Materiales dieléctricos
  8. Resistencia eléctrica en materiales conductores o aislantes
  9. Materiales conductores térmicos
  10. Materiales aislantes térmicos
  11. Video de la conductividad de los metales

Los materiales conductores y materiales aislantes:

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Los materiales pueden ser clasificados en conductores o aislantes, según conduzcan la electricidad con facilidad o no lo hagan.

Esta clasificación depende de cuán firmemente estén unidos los electrones a sus estructuras, ya que esto es un indicio de la energía necesaria para otorgarles movilidad dentro del material, es decir para conducir la electricidad.

Ejemplos de conductores y de aislantes

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Esta diferenciación es útil dentro de ciertos límites. Por ejemplo, el cuarzo fundido es 10 cuatrillones de veces mejor aislante que el cobre, por lo que ambos suelen ser señalados como excelentes aislante y conductor, respectivamente. Los metales y el agua sin destilar son considerados buenos conductores, en cambio los plásticos y el vidrio son buenos aislantes.

El agua ¿conductora o aislante?

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El agua en estado químicamente puro es una sustancia aislante. Sin embargo, en la naturaleza se la encuentra en solución con otras sustancias que presentan en su estructura iones con relativa libertad de movimiento. En tales condiciones, estas soluciones son muy buenas conductoras de la electricidad.

Una estrategia usada para evitar los accidentes causados por la acumulación de electricidad estática consiste en aumentar la conductividad superficial por elevación de la humedad relativa. Muchas veces se instala  con este propósito un sistema de humidificación, integrado al equipo de aire acondicionado. El aire húmedo conduce la electricidad e impide que las superficies se carguen.

Materiales Semiconductores

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A esta clasificación se agregan en la actualidad los materiales llamados semiconductores, como el silicio y el germanio, los cuales son buenos aislantes cuando están en estado cristalino puro, pero conducen la electricidad cuando se sustituyen solo algunos átomos del cristal con otros, como arsénico o boro, mediante la técnica conocida como dopado del material.

Los semiconductores tienen amplia aplicación tecnológica, por ejemplo en la fabricación de transistores.

Materiales Superconductores

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Algunos materiales que se consideran buenos conductores aumentan su conductividad hasta prácticamente el infinito cuando se los enfría a temperaturas cercanas al cero absoluto (– 273 K): son los llamados superconductores.

En la actualidad, se han encontrado algunos materiales cerámicos superconductores a temperaturas de algo más de 100 K. Existen grandes expectativas respecto del diseño de materiales superconductores a  temperaturas más altas ya que permitirían un ahorro importante de energía.

Materiales conductores

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En los materiales conductores, la carga se distribuye en la superficie, lo que es fácilmente explicable si se tiene en cuenta la repulsión entre las cargas de igual signo y la relativa movilidad con que cuentan en los materiales de buena conductividad.

La concentración de carga depende de la curvatura de la superficie, y se puede comprobar experimentalmente que la máxima concentración se da en los értices o puntas.

El cuerpo humano puede ser considerado como un buen conductor. Cuando la humedad relativa es baja, puede acumular cargas bastante altas, ocasionadas por ejemplo, por la fricción del calzado con suelos aislantes.

También puede observarse la fricción de las prendas de seda, lana o fibras sintéticas, que al ser retiradas provocan muchas veces pequeñas chispas eléctricas visibles y también audibles como un débil chisporroteo.

Estas consideraciones adquieren significativa importancia en cuanto a evitar accidentes para aquellas personas que trabajan con materiales altamente inflamables y también para las que manipulan con equipos electrónicos muy sensibles, ya que éstos podrían sufrir algún desperfecto por la acción de esa pequeña descarga.

Materiales dieléctricos

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Los materiales dieléctricos contienen una serie de cargas ligadas que no ejercen tanta libertad de movimiento como los materiales conductores. Además, a diferencia de los materiales aislantes puede ser sometido a campos eléctricos externos sin afectar al campo eléctrico interno. Sus materiales se componen de átomos y moléculas cuya distribución interna de cargas desplaza o modifica los campos eléctricos. Esto resuelve el hecho de que todos los materiales dieléctricos pueden ser considerados aislantes, pero no todos los materiales aislantes son dieléctricos. Algunos ejemplos de este material incluye la madera, el papel, la cera, la cerámica, la goma o el vidrio. Asimismo, los gases considerados dieléctricos son el nitrógeno y el hexafluoruro de azufre.

Resistencia eléctrica en materiales conductores o aislantes

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La resistencia eléctrica, con el Ohmnio como unidad de medida y representada por la letra griega “omega” o “R” (como expresión), es la oposición que tienen los electrones al moverse a través de un determinado material conductor. Los factores más importantes que determinan la resistencia a la electricidad son el tipo de material por el que pasan, su longitud, la temperatura a la que está sometida y la forma de la sección transversal. Un material aislante, conductor o semiconductor puede conducir la electricidad mejor o peor dependiendo de su configuración atómica.

Estas características pueden actuar de la siguiente manera:

Al contrario de lo que sucede en un cable de unos pocos centímetros, el material de mayor longitud siempre ofrecerá mayor resistencia al paso a la electricidad. Asimismo, cuando el tipo de material posee una mayor sección transversal, menor será la resistencia al paso de la corriente. Las temperaturas elevadas tampoco ayudan al paso de la corriente, de ahí que sea importante alejar los cables de determinados elementos electrónicos.

Materiales conductores térmicos

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Aunque la mayoría de las veces cuando hacemos referencia a un material conductor nos referimos a su capacidad para dejar pasar o circular libremente la energía eléctrica. Sin embargo, también se puede hablar de materiales conductores del calor.

En este caso se trata de materiales que son capaces de absorber el calor de otros materiales mediante el contacto con ellos. En este sentido, un material conductor del calor transmitirá su calor a otro conductor que esté más frío y sus temperaturas tenderán a igualarse.

La conductividad térmica suele ser alta en los metales y en los cuerpos sólidos en general mientras que suele ser mucho más baja en lo que a los gases se refiere. Además, esta conductividad térmica no existe en el vacío ya que para que se produzca se necesitan algún tipo de sustancia.

Algunos de los materiales que mejor conducen el calor son el aluminio, el plomo, el cinq, el estaño, el bronce, el hierro, el litio, la plata…

Materiales aislantes térmicos

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Al contrario de los que pudiera parecer, un aislante térmico no es exactamente todo lo contrario a un conductor térmico. Es cierto que los conductores térmicos ofrecen menos resistencia al paso del calor, pero se podría decir que todas las sustancias son, aunque sea muy poco, conductoras del calor, incluso los aislantes térmicos.

Efectivamente, casi cualquier cuerpo o sustancia a la que se le aplique calor aumentará su temperatura. La diferencia es que algunas resisten mucho más antes de que se produzca este cambio de temperatura. Esto permite a ciertos materiales ser utilizados como aislantes del calor. Son materiales que tienen la suficiente resistencia al calor para el uso que se les quiere dar. Por ello, uno de los mejores aislantes térmicos es el propio vacío, ya que no existe sustancia alguna que se pueda calentar.

Los aislantes térmicos se pueden usar para infinidad de usos, por ejemplo para recubrir las cabinas de los aviones o reforzar áreas cerradas rodeadas de altas temperaturas.

Algunos de los materiales aislantes específicos que son legalmente válidos son el poliestireno expandido , la lana mineral (lana de roca), los Losas de lana de madera , el poliestireno extruido, la espuma de poliuretano o el corcho expandido.

Video de la conductividad de los metales: