Materiales conductores

Los materiales conductores o conductores eléctricos son los se caracterizan por su poca resistencia para la circulación de la corriente eléctrica. Explicamos qué son los materiales conductores, sus características, tipos, ejemplos y más.

¿Qué son los materiales conductores?

Los conductores eléctricos por su estructura atómica facilitan el movimiento de los electrones, razón por la que son una clase de compuesto con el que se favorece la transmisión de la electricidad. En otras palabras, la resistencia es muy baja en los materiales conductores para que la corriente eléctrica circule.

Los conductores se pueden encontrar en formas diversas, tanto en el material con unas características físicas específicas, al igual que en barras de metal o cabillas que no se elaboraron previamente para que hagan parte de circuitos eléctricos. Hay que resaltar que, pese a no hacer parte de un montaje o circuito eléctrico, los materiales conductores siempre van a mantener su propiedad para la conducción de la corriente eléctrica.

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Características eléctricas de los materiales conductores

Buena conductividad – Es necesario que los conductores eléctricos presenten una conductividad eléctrica buena para que el transporte de la energía eléctrica sí se cumpla.

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Medición y comparación – Al respecto, en 1913 la Comisión Electrotécnica Internacional señaló que el cobre en su estado puro puede ser usado como referencia para la medición y comparación de la conductividad de otros materiales conductores.

Estructura atómica – Su estructura a nivel atómico permite que la corriente eléctrica pase debido a que los átomos cuentan con pocos electrones en la capa de valencia, además que los electrones se desprenden del núcleo del átomo. En ese sentido, no es necesaria una cantidad de energía grande para que se dé el traslado de los electrones desde un átomo hacia el otro, lo cual facilita que los electrones se muevan por el conductor.

Electrones libres – La condiciones descrita de los electrones en la estructura atómica de los conductores eléctricos es la que garantiza la libertad y disposición de movimiento por toda la estructura, la cual es la explicación de la circulación de la electricidad por el material.

Núcleos unidos – En su estructura molecular los materiales conductores se conforman por una red de núcleos que está muy unida, y que también permanece (prácticamente) inmóvil por su cohesión. Esta característica hace que el movimiento de los electrones se dé, en particular para los que están alejados del interior de la molécula y reaccionan con la cercanía de un campo eléctrico.

Dirección del movimiento – Los núcleos unidos y el movimiento que se da en los electrones permite que la reacción induzca un movimiento en los electrones en una dirección específica, razón por la que la circulación de la corriente eléctrica que pasa por el material conductor se pueda dar.

Equilibrio electrostático – Los materiales conductores se someten a una carga particular, motivo por el que eventualmente llegan a un estado de equilibrio electrostático en donde el movimiento de las cargas al interior del material no se va a producir. A su vez, las cargas positivas van a tender a aglomerarse en un extremo y las cargas negativas al extremo opuesto.

Desplazamiento de las cargas – Las cargas positivas y negativas se distribuyen en extremos opuestos. El desplazamiento de las cargas se dirige hacia la superficie del conductor para así producir una presencia igual en los campos eléctricos y opuestos al interior del material. Por tanto, el campo eléctrico interior total al interior del material es nulo.

Características físicas de los materiales conductores

Maleabilidad – Son materiales que se pueden deformar sin que se rompan. Por lo general se usan en aplicaciones industriales o domésticas en las cuales se someten a dobleces y curvaturas. Por lo anterior su maleabilidad es fundamental.

Resistentes – Es necesario que resistan al desgaste para que soporten condiciones de estrés mecánico complejo a las que se someten con frecuencia, en adición a las temperaturas elevadas por la corriente que circula.

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Capa aislante – Teniendo en cuenta que se utilizan en aplicaciones industriales o residenciales, y como parte de sistemas que se interconectan con el suministro eléctrico, los conductores eléctricos siempre se recubren con una capa aislante. Sobre esta capa externa hay que mencionar que se denomina chaqueta aislante, la cual se necesita para que la corriente eléctrica no circule por el material conductor al estar en contacto con los objetos o personas alrededor.

Tipos de materiales conductores

Son varias las categorías de materiales conductores, además que en cada categoría hay conductores que presentan una conductividad eléctrica mayor o menor. En términos generales, los mejores conductores eléctricos son los metales sólidos como el cobre, oro, plata, hierro, aluminio y ciertas aleaciones. Sin embargo, hay otros materiales con una conducción eléctrica buena como el grafito o las soluciones salinas.

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Según sea la conducción eléctrica son tres tipos de materiales conductores que se pueden diferenciar:

Conductor metálico

Conductores metálicos – Aquí se incluyen los metales sólidos y sus aleaciones. Su alta conductividad se explica por la nube de electrones libres que tienen, motivo por el que la circulación de la corriente eléctrica se favorece. Estos metales van a ceder sus electrones que se sitúan en la última órbita de los átomos sin que se invierta una cantidad mayor de energía, por tanto, el salto de electrones desde un átomo al otro es propicio. Las aleaciones se caracterizan por su resistividad o su resistencia proporcional al diámetro y longitud del conductor.

Conductores electrolíticos

Conductores electrolíticos – Son soluciones que las constituyen iones libres, que son elementos que ayudan en la conducción eléctrica de tipo iónico. Casi siempre son materiales conductores que hacen parte de soluciones iónicas, pues las sustancias electrolíticas se tienen que someter a disociaciones parciales o totales, para que así los iones que van a portar la carga se formen. Su funcionamiento se fundamenta en reacciones químicas y en que la materia se desplace, lo cual facilita que los electrones se muevan por el camino de circulación que los iones libres habilitan.

Conductores gaseosos

Conductores gaseosos – Son gases que previamente se someten a procesos de ionización para que puedan conducir la electricidad. El aire es un ejemplo de cómo un conductor de electricidad actúa, esto en el momento en que se da una ruptura dieléctrica, la cual sirve como un conductor para que se formen los rayos o las descargas eléctricas.

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Ejemplos de materiales conductores

  • Aluminio
  • Cobre
  • Oro
  • Plata
  • Acero
  • Hidrógeno
  • Soluciones salinas
  • Bronce
  • Mercurio
  • Grafito
  • Latón
  • Hormigón
  • Zinc puro
  • Bronce con fósforo
  • Hierro Colado
  • Wolframio
  • Tantalio
  • Metal galvanizado
  • Níquel
  • Galio
  • Aire ionizado
  • Cobre endurecido
  • Sodio
  • Potasio
  • Magnesio
  • Rodio
  • Iridio
  • Plomo
  • Litio
  • Cadmio
  • Alambre de hierro
  • Arsénico
  • Vinagre
  • Agua con sal
  • Hidróxido de amonio

Funciones y aplicaciones de los materiales conductores

  • Creación de campos electromagnéticos para la constitución de electroimanes y bobinas.
  • La modificación de la tensión cuando se constituyen transformadores.
  • Conducción de la electricidad al ir de un punto a otro o el transporte de la energía eléctrica.

¿Cómo se mide la conductividad de los materiales conductores?

Como referencia de la conductividad de estos materiales se usa un hilo de cobre recocido que sea de un metro de longitud, además de un gramo de masa a 20 °C, en donde su valor es igual a 5,80 x 107 S.m-1. De acuerdo con las especificaciones científicas, el valor anterior corresponde a un 100 % IACS de conductividad eléctrica, siendo el punto de referencia para la medición de la conductividad de los materiales conductores.

Para reconocer un material como conductor es necesario que posea más de 40% IACS. En aquellos casos en los que el material supera una conductividad de 100% IACS, se los define como materiales de alta conductividad.

Finalmente, hay que mencionar que la conductividad eléctrica es medida en electrodos, por lo cual la sustancia en cuestión se expone a una solución acuosa, estandarizada a una temperatura determinada. Con ello se arroja un dato en torno al contenido iónico del material, el cual se mide como conductividad en Siemens por metro (S/m).

¿Cuál es el mejor material conductor?

El material conductor que cuenta con una conductividad más alta es la plata. Como se ha mencionado tiene un 9-10% más de conductividad que el cobre recocido. De todos modos, el cobre es el material que más se usa, y esto es un dato absoluto que no se puede negar, en particular porque su precio es bajo.

Conductividad y resistividad de los principales materiales conductores

La siguientes es una tabla con la conductividad y resistividad de los materiales conductores más conocidos. En el extremo superior están los más conductores o superconductores y según se va bajando en la tabla la conductividad va decreciendo.

Conductividad de materiales conductores

Diferencia ente conductores, aislantes y semiconductores

Los materiales conductores permiten el movimiento de cargas eléctricas, los materiales aislantes impiden que las cargas eléctricas pasen y los materiales semiconductores pueden impedir o permitir que la energía eléctrica circule.

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