Los conductores y aisladores son materiales que se diferencian en el paso de la corriente eléctrica, los conductores facilitan la conducción, los aisladores no.
Los conductores y aisladores son materiales que se diferencian en cuanto al paso de la corriente eléctrica, los conductores permiten la conducción y los aisladores la dificultan. Sin embargo, esta diferencia se debe a varios factores que están relacionados con el movimiento de electrones en cada tipo de material.
Básicamente, los conductores eléctricos son medios materiales que tienen facilidad para el paso de la electricidad . Los conductores se pueden clasificar según los tres estados físicos de la materia : sólidos, líquidos y gases.
Los conductores con mayor potencial de conducción son: acero, aluminio, cobre, estaño, hierro, grafito, latón, níquel, oro, plata, etc. Por otro lado, existen materiales que, por dificultar el paso de la electricidad, se conocen como aislantes, y son muy utilizados en la conservación de la temperatura, aislamiento térmico para conexiones eléctricas, o incluso en abrigos de invierno.
Estos materiales también son llamados dieléctricos, como conductores también se pueden clasificar por los estados físicos de la materia como sólidos, líquidos y gases. Sin embargo, a diferencia de los conductores, los aisladores tienen poca carga libre, es decir, los electrones no se mueven libremente dentro del material.
Semiconductores y Variaciones
Algunos ejemplos de materiales aislantes: agua pura, aire atmosférico seco, caucho, cera, madera, mica, aceite, papel, plástico, porcelana, PVC, seda, vidrio, etc.
Sin embargo, vale la pena recordar que aún existe una tercera clase de sustancias, los materiales semiconductores que son de gran aplicabilidad en la industria electrónica, principalmente en la construcción de transistores.
Podemos tener algunos ejemplos como: germanio , selenio, silicio, etc. Los semiconductores tienen la capacidad de variar en sus propiedades eléctricas. Por lo tanto, actúan como aislantes y conductores, dependiendo de la temperatura .
Por otro lado, un punto importante a recalcar sobre conductores y aisladores es que no podemos establecer conceptos rígidos para determinar aisladores y conductores, ya que puede ocurrir cierta variabilidad y un material cambia de conductor a aislador.
En este sentido, podemos ejemplificar esta variabilidad en el aire atmosférico, que en condiciones normales (clima seco) es un aislante, mientras que en una tormenta puede comportarse como un conductor eléctrico.
Este hecho se prueba por la ocurrencia de rayos que suceden en una tormenta a través de la concentración de cargas eléctricas de signos opuestos. Por lo tanto, las cargas eléctricas entre las nubes y la tierra hacen posible el movimiento a través del aire atmosférico.
cargas electricas
Las cargas eléctricas se han estudiado durante mucho tiempo, en la antigua Grecia, el presocrático Tales de Mileto se dio cuenta de que un trozo de lana de oveja en fricción con resina de ámbar se electrificaba, más tarde William Gilbert también se dio cuenta de que otras sustancias podían electrificarse y atraer a otras. partículas
Por lo tanto, a partir de entonces se descubrió que había dos tipos de electricidad, una repulsiva y otra atractiva. Así, Benjamin Franklin coincidió en positivo y negativo, dentro del concepto de cargas eléctricas que conocemos hoy.
De esta forma, Benjamin Franklin llegó al principio de la electrostática: las cargas eléctricas del mismo signo tienden a repelerse y las cargas eléctricas de signos opuestos tienden a atraerse.
Sin embargo, para comprender los materiales conductores y aislantes, es necesario comprender la estructura de un átomo, algunos conceptos y factores:
- Los protones y neutrones forman el núcleo del átomo;
- Los electrones forman los extremos de los átomos;
- Es convencional que los protones tengan cargas positivas;
- Por el contrario, los electrones tienen cargas negativas;
- Los neutrones no tienen carga eléctrica;
- Un átomo en condiciones normales (como se encuentra en la naturaleza) tiene el mismo número de protones y electrones. Entonces es eléctricamente neutro, su carga es cero.
Modelo de Bohr, conductores y aisladores.
Por cierto, conviene recordar que, según el modelo atómico definido por Niels Bohr , los protones y neutrones están ligados al núcleo del átomo, y los electrones giran alrededor de las órbitas o capas del átomo. Así, un átomo tiene un total de siete capas donde se distribuyen los electrones.
Por lo tanto, la última capa se llama capa de valencia y es en esta capa donde se encuentra la diferencia entre conductores y aisladores.
Por tanto, la diferencia entre estos materiales radica en la estructura atómica de las sustancias, concretamente en los electrones que los materiales tienen en su capa de valencia, la parte del átomo que está más alejada del núcleo. En este sentido, son más libres y con mayor capacidad de ionización.
Sin embargo, el modelo atómico de Bohr tiene cuatro postulados:
- Los electrones que circulan alrededor del núcleo se distribuyen en órbitas con niveles de energía cuantificados.
- La energía total del electrón tiene múltiples valores de un cuanto
- Hay transmisión o supresión de energía a medida que los electrones saltan entre órbitas, lo que ocurre por cuanto de luz.
- Los valores cuantificados del momento angular orbital L, subyacen a las órbitas permitidas.
conductores
La unión de los electrones con el núcleo es débil, aumentando la tendencia a ser donados. Por lo tanto, en los conductores sólidos, el metal tiene una fuerte tendencia a desviar los electrones. Por otro lado, en los líquidos conductores que podemos llamar electrolíticos, el movimiento de cargas positivas (cationes) y cargas negativas (aniones) en direcciones opuestas genera electricidad.
Por cierto, vale la pena recordar que este movimiento opuesto es inducido para crear corriente alterna. Por lo tanto, la corriente alterna es un tipo de corriente eléctrica en la que se invierten las direcciones de las cargas eléctricas.
Por lo tanto, este proceso se denomina inducción electromagnética y se realiza en generadores de corriente alterna. Todo este principio mecánico es el principio fundamental de las centrales hidroeléctricas que generan electricidad.
Por otro lado, la conducción de materiales gaseosos se caracteriza por el movimiento de cationes y aniones. Sin embargo, a diferencia de los materiales líquidos, la energía se produce a través de colisiones entre cargas.
Por cierto, es importante recordar que un gas puede ser conductor o aislante, esto dependerá de su presión y de la diferencia de potencial entre los gases, ya que es la diferencia de potencial entre ellos la que permite su aprovechamiento eléctrico.
aisladores
Como ya hemos visto, los materiales aislantes tienen una menor cantidad de electrones libres, y que estos electrones están fuertemente ligados al núcleo del átomo, lo que inhibe su movimiento.
De esta condición se origina la propiedad de resistencia. Esta propiedad mide la oposición de un material a la corriente eléctrica. Así, cuanto menor sea esta resistividad, más capacidad tiene el material para transmitir electricidad. Su unidad SI (Sistema Internacional) es el ohmímetro (Ωm).
En este sentido, la resistencia eléctrica R de un dispositivo está relacionada con la resistividad p de un material según la siguiente expresión:
R= p /A
En que:
P – resistividad eléctrica (en ohm-metros, Ωm)
R – Resistencia eléctrica de una muestra uniforme del material (Ωm)
– Longitud (metros)
A – Área de la sección de la muestra (m²)
Sin embargo, vale la pena recordar que esta relación solo es válida para materiales uniformes e isotrópicos, con secciones transversales uniformes también. Sin embargo, los cables conductores tienen estas características.
La resistividad también se puede definir mediante:
P=E/J
Dónde
E – magnitud del campo eléctrico (voltios o metro V/m)
J – magnitud de la densidad de corriente (amperios por metro cuadrado A/m²)
Sin embargo, lo que todavía define a la resistividad es que es el invierno de la conductividad eléctrica.
Drude modelo sobre la diferencia entre conductores y aisladores
La conducción de electrones que se produce en un cuerpo físico se explica mediante el modelo de Drude. Este modelo fue desarrollado en 1900 por Paul Drude, para explicar algunas propiedades del movimiento eléctrico en materiales, más específicamente, metales . Por cierto, vale la pena recordar que este modelo se basa en la aplicación de la teoría cinética.
Sin embargo, hay dos factores básicos para entender esta teoría:
- Camino libre medio : definido por la distancia que los electrones se mueven dentro de un material sin chocar con los átomos.
- Tiempo libre medio : intervalo de tiempo de movimiento de los electrones.
Básicamente, ambos factores son más altos en los metales, donde tienen una alta conductividad. Sin embargo, según el modelo de Drude, los electrones se mueven (vibran y se trasladan) debido a las aplicaciones del potencial eléctrico y la temperatura.
Por cierto, vale la pena recordar que la velocidad de movimiento de un electrón es muy alta, pero las colisiones de los átomos hacen que esta velocidad baje mucho, haciendo que la conducción eléctrica sea, a veces, lenta. Por otro lado, en los aisladores, el camino libre medio para la existencia de electricidad solo ocurre con un potencial de energía aplicado.
Diferencias entre conductores y aisladores
Hoy en día, para explicar la diferencia de los materiales en relación con su potencial para conducir o aislar el campo eléctrico, se utiliza la física cuántica . En este sentido, toda argumentación teórica involucra aspectos cuánticos de la materia que se describen en la teoría de bandas.
Por tanto, según esta teoría, en los materiales aislantes, los electrones tienen niveles de energía más bajos, por debajo del mínimo necesario para ser conducidos.
En cambio, en los conductores, los niveles de energía son superiores al mínimo requerido. Sin embargo, una cantidad de energía separa los electrones que pueden moverse de los que no pueden moverse. Esta energía se llama la brecha.
Así, en los materiales aislantes el intersticio es muy grande y para obtener un campo eléctrico se necesita energía. Por el contrario, en los materiales conductores, el espacio es nulo o muy pequeño, lo que permite el movimiento eléctrico. De esta forma se concluye que los materiales conductores tienen menor resistencia eléctrica.
Sin embargo, vale la pena recordar que un conductor está en equilibrio electrostático cuando no existe un movimiento ordenado de cargas eléctricas con relación a un referencial fijo en el conductor. En esta situación, podemos concluir que el objeto está electrificado, por lo que enumeramos algunas condiciones de los objetos electrificados:
- El campo eléctrico resultante en los puntos interiores es cero.
- El potencial eléctrico en todos los puntos dentro y sobre la superficie del conductor es constante
- En puntos de la superficie de un conductor en equilibrio electrostático, el vector del campo eléctrico se dirige perpendicularmente a la superficie.
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Fuentes : Toda Matéria , Brasil Escola , Educa mais Brasil , Todo Estudos
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