¿Qué es un Conductor Eléctrico?
En Física un conductor, o conductor eléctrico, es una sustancia o material que permite que la electricidad fluya a través de él. En un conductor, los portadores de carga eléctrica, normalmente electrones o iones, se mueven fácilmente de un átomo a otro cuando se aplica tensión.
La mayoría de los metales, como el cobre, se consideran buenos conductores, mientras que los no metales se consideran malos conductores, es decir, aislantes.
¿Cuáles son los Conductores Eléctricos?
En general, la conductividad se refiere a la capacidad de una sustancia para transmitir electricidad o calor. Un conductor conduce la electricidad ya que ofrece poca o ninguna resistencia al flujo de electrones, lo que da lugar a un flujo de corriente eléctrica.
Normalmente, los metales, las aleaciones metálicas, los electrolitos e incluso algunos no metales, como el grafito y los líquidos, incluida el agua, son buenos conductores eléctricos. La plata elemental pura es uno de los mejores conductores eléctricos. Otros buenos conductores eléctricos son los siguientes:
- cobre
- acero
- oro
- plata
- platino
- aluminio
- latón
Los seres humanos también son buenos conductores de la electricidad, razón por la cual tocar a alguien que experimenta una descarga eléctrica hace que el que toca experimente la misma descarga.
En los sistemas eléctricos y electrónicos, los conductores son metales sólidos moldeados en forma de cables o grabados en placas de circuitos impresos.
Características de los Conductores Eléctricos
Entre las principales características de los conductores eléctricos se incluyen las siguientes:
- Un conductor siempre permite el libre movimiento de electrones o iones.
- En su interior, el campo eléctrico es nulo, lo que permite el movimiento de electrones o iones.
- La densidad de carga dentro de un conductor es cero, es decir, las cargas positivas y negativas se cancelan dentro de un conductor.
- Tiene una densidad de carga nula, lo que garantiza que las cargas positivas y negativas se anulen entre sí y sólo existan cargas libres en la superficie.
- Fuera del conductor, el campo eléctrico es perpendicular a la superficie del conductor.
Además, los conductores tienen una baja resistencia y una alta conductividad térmica. Además, un conductor situado en un campo magnético no almacena energía.
Por último, ambos extremos del conductor están al mismo potencial. La electricidad fluye a través del conductor cuando se cambia el potencial en un extremo, lo que permite que los electrones empiecen a fluir de un extremo a otro.
¿Cómo Funcionan los Conductores Eléctricos?
Según la teoría de bandas en la física del estado sólido, los sólidos tienen una banda de valencia y una banda de conducción. Para que un material conduzca corriente eléctrica a través de él, no debe existir ningún hueco energético entre su banda de valencia y su banda de conducción.
Por lo tanto, en los conductores, estas bandas se solapan, lo que permite que los electrones fluyan a través del material incluso cuando se aplica una tensión mínima.
Dado que los electrones exteriores de la banda de valencia están poco unidos al átomo, la aplicación de tensión, una fuerza electromotriz o un efecto térmico los excita, lo que los desplaza de la banda de valencia a la banda de conducción.
En la banda de conducción, estos electrones pueden moverse libremente a cualquier lugar, lo que da lugar a una abundancia de electrones en esta banda. Estos electrones se desplazan con un movimiento de vaivén, en lugar de hacerlo en línea recta.
Por eso su velocidad se conoce como velocidad de deriva, o Vd. Es debido a esta velocidad de deriva que los electrones chocan con los átomos del material o con otros electrones dentro de la banda de conducción del conductor.
Cuando hay una diferencia de potencial en el conductor a través de dos puntos, los electrones fluyen desde el punto de menor potencia al punto de mayor potencia. Los electrones y la electricidad fluyen en direcciones opuestas. En esta situación, el material conductor sólo ofrece una pequeña resistencia.
¿Qué son los Aislantes?
Los materiales que no permiten que la corriente eléctrica o el calor pasen a través de ellos se conocen como aislantes o materiales dieléctricos. La mayoría de los aislantes son de naturaleza sólida. Algunos ejemplos son los siguientes:
- madera
- tela
- vidrio
- cuarzo
- mica
- plástico
- porcelana
- caucho
La mayoría de los gases y algunos tipos de agua destilada también son buenos aislantes.
Resistores, semiconductores y superconductores
Un material que conduce la electricidad bastante bien pero no tan bien como un conductor se conoce como resistor. El ejemplo más común de un resistor es una combinación de carbono y arcilla, mezclados en una proporción específica para producir una oposición constante y predecible a la corriente eléctrica.
Los semiconductores actúan como buenos conductores en algunas condiciones, pero como malos conductores en otras. En un semiconductor, tanto los electrones como los llamados huecos — ausencias de electrones — actúan como portadores de carga. Algunos ejemplos de semiconductores son el silicio, el germanio y diversos óxidos metálicos.
A temperaturas extremadamente bajas, algunos metales conducen la electricidad mejor que cualquier sustancia conocida a temperatura ambiente. Este fenómeno se denomina superconductividad. Una sustancia que se comporta de este modo se denomina superconductor.
Efectos de la Temperatura en la Conductividad
La temperatura y la conductividad están inversamente relacionadas, lo que significa que el aumento de las temperaturas tiene un efecto adverso sobre la conducción. Al aumentar la temperatura, aumenta también la vibración de las moléculas conductoras. Esto dificulta el flujo de electrones y reduce la conductividad del material.
Además, el aumento de la temperatura provoca la ruptura de enlaces en las moléculas conductoras, lo que libera electrones. Esto deja el material con menos electrones, reduciendo así la capacidad del material para conducir una corriente eléctrica a través de él.
Tipos de Conductores Eléctricos
En función de su respuesta óhmica, los conductores eléctricos se clasifican en una de las siguientes categorías:
- conductores óhmicos
- conductores no óhmicos
Los conductores óhmicos siguen siempre la ley de Ohm, según la cual la tensión aplicada es directamente proporcional a la corriente que circula. Algunos ejemplos son el aluminio, el cobre y la plata. Los conductores no óhmicos, que no siguen la ley de Ohm, incluyen termistores y resistores dependientes de la luz o fotorresistores.
¿Para Que Sirven los Conductores?
Los conductores son útiles para muchas aplicaciones, incluidas las siguientes:
- El aluminio, buen conductor del calor y la electricidad, se utiliza habitualmente para fabricar utensilios de cocina. También se emplea en láminas para almacenar y conservar alimentos.
- El hierro, buen conductor del calor, se utiliza en la fabricación de motores de vehículos.
- También se utilizan conductores en los radiadores de los automóviles para alejar el calor del motor.
Los aislantes también se utilizan para muchas aplicaciones comunes. Por ejemplo, el caucho se utiliza para fabricar ropa y calzado ignífugos. El plástico se incluye con frecuencia en los aparatos eléctricos para evitar que los usuarios reciban descargas eléctricas. Los aislantes también protegen a los usuarios contra el fuego y el sonido.