Materiales aislantes y conductores

Conductor eléctrico

El cobre se considera un conductor porque «conduce» la corriente o flujo de electrones con bastante facilidad. La mayoría de los metales se consideran buenos conductores de la corriente eléctrica. El cobre es sólo uno de los materiales más populares que se utilizan como conductores.

Otros materiales que a veces se utilizan como conductores son la plata, el oro y el aluminio. El cobre sigue siendo el material más popular utilizado para los cables porque es un muy buen conductor de la corriente eléctrica y es bastante barato en comparación con el oro y la plata. El aluminio y la mayoría de los demás metales no conducen la electricidad tan bien como el cobre.

Los aislantes son materiales que tienen el efecto contrario al de los conductores sobre el flujo de electrones. No permiten que los electrones fluyan fácilmente de un átomo a otro. Los aislantes son materiales cuyos átomos tienen electrones fuertemente ligados. Estos electrones no tienen libertad para circular y ser compartidos por los átomos vecinos.

Los aislantes se utilizan para protegernos de los efectos peligrosos de la electricidad que fluye a través de los conductores. A veces, el voltaje de un circuito eléctrico puede ser bastante alto y peligroso. Si el voltaje es lo suficientemente alto, se puede hacer fluir la corriente eléctrica incluso a través de materiales que generalmente no se consideran buenos conductores. Nuestro cuerpo conduce la electricidad y es posible que lo haya experimentado al recibir una descarga eléctrica. Por lo general, la electricidad que fluye por el cuerpo no es agradable y puede causar lesiones. El funcionamiento de nuestro corazón puede verse alterado por una fuerte descarga eléctrica y la corriente puede causar quemaduras. Por lo tanto, debemos proteger nuestro cuerpo de los conductores que transportan la electricidad. El revestimiento de goma de los cables es un material aislante que nos protege del conductor que hay en su interior. Mira cualquier cable de lámpara y verás el aislante. Si ves el conductor, probablemente sea el momento de cambiar el cable.

Conductor

¿Qué hace que un material sea conductor o aislante? En pocas palabras, los conductores eléctricos son materiales que conducen la electricidad y los aislantes son materiales que no lo hacen. La facilidad con la que los electrones se mueven a través de una sustancia es lo que determina si ésta es conductora de la electricidad.

Los electrones de valencia son como los planetas exteriores que orbitan alrededor de una estrella. Se sienten lo suficientemente atraídos por sus átomos como para permanecer en su posición, pero no siempre se necesita mucha energía para sacarlos de su sitio: estos electrones conducen fácilmente la corriente eléctrica. Las sustancias inorgánicas, como los metales y los plasmas, que pierden y ganan electrones con facilidad, encabezan la lista de conductores.

Las moléculas orgánicas son en su mayoría aislantes porque se mantienen unidas por enlaces covalentes (de electrones compartidos) y porque el enlace de hidrógeno ayuda a estabilizar muchas moléculas. La mayoría de los materiales no son ni buenos conductores ni buenos aislantes, sino que se encuentran en un punto intermedio. No son fácilmente conductores, pero si se les suministra suficiente energía, los electrones se mueven.

Algunos materiales en estado puro son aislantes, pero son conductores si se dopan con pequeñas cantidades de otro elemento o si contienen impurezas. Por ejemplo, la mayoría de las cerámicas son excelentes aislantes, pero si se dopan, se puede crear un superconductor. El agua pura es un aislante, el agua sucia es poco conductora y el agua salada, con sus iones flotantes, es muy conductora.

Materiales de aislamiento

El conductor y el aislante son los tipos de material. Una de las principales diferencias entre el conductor y el aislante es que el conductor permite que la energía (es decir, la corriente o el calor) pase a través de él, mientras que el aislante no permite que la energía pase a través de él. A continuación se explican otras diferencias entre ellos en forma de cuadro comparativo.

El conductor se define como el material que permite que la corriente eléctrica o el calor pasen a través de él. Los electrones de un conductor se mueven libremente de un átomo a otro cuando se aplica una diferencia de potencial a través de ellos. La conductividad del conductor depende del número de electrones libres en la capa más externa de la órbita. La conductividad del material es directamente proporcional al número de electrones libres.

La conductividad del material es directamente proporcional al número de electrones libres.La banda de valencia y la banda de conductancia de un conductor están superpuestas entre sí y, por tanto, no existe un hueco energético prohibido. La resistencia del conductor es muy baja, por lo que las cargas se mueven libremente de un lugar a otro cuando se aplica la tensión a través de ellas. El cobre, el aluminio, la plata, el mercurio, etc. son algunos de los ejemplos de conductores.

Aislante

Un aislante eléctrico es un material en el que la corriente eléctrica no fluye libremente. Los átomos del aislante tienen electrones fuertemente ligados que no pueden moverse fácilmente. Otros materiales -semiconductores y conductores- conducen la corriente eléctrica más fácilmente. La propiedad que distingue a un aislante es su resistividad; los aislantes tienen mayor resistividad que los semiconductores o los conductores. Los ejemplos más comunes son los no metales.

No existe un aislante perfecto porque incluso los aislantes contienen un pequeño número de cargas móviles (portadores de carga) que pueden transportar corriente. Además, todos los aislantes se convierten en conductores eléctricos cuando se aplica una tensión lo suficientemente grande como para que el campo eléctrico arranque los electrones de los átomos. Esto se conoce como la tensión de ruptura de un aislante. Algunos materiales como el vidrio, el papel y el PTFE, que tienen una alta resistividad, son muy buenos aislantes eléctricos. Hay una clase mucho más amplia de materiales que, aunque tengan una resistividad más baja, son lo suficientemente buenos como para evitar que fluya una corriente significativa a los voltajes habituales y, por lo tanto, se emplean como aislantes para el cableado eléctrico. Algunos ejemplos son los polímeros similares al caucho y la mayoría de los plásticos, que pueden ser de naturaleza termoestable o termoplástica.

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