¿Qué es un conductor eléctrico?
¿Qué es un conductor eléctrico?
Definición de conductor eléctrico
Un conductor eléctrico se define como un material que permite el fácil flujo de carga eléctrica principalmente debido al movimiento de electrones.
Un conductor eléctrico se define como un objeto o tipo de material que permite el flujo de carga en una o más direcciones. Los materiales metálicos son conductores eléctricos comunes, ya que los metales tienen alta conductancia y baja resistencia.
Los conductores eléctricos permiten que los electrones viajen entre átomos a una velocidad de deriva dentro de la banda de conducción, un nivel de energía específico que soporta el movimiento libre de electrones. Estos conductores consisten en átomos con electrones de valencia débilmente unidos que pueden excitarse fácilmente por efecto eléctrico o térmico. La transición de un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción deja un hueco positivo, que también contribuye al movimiento de la carga.
Los conductores eléctricos pueden ser metales, aleaciones metálicas, electrolitos o algunos no metales como el grafito y polímeros conductivos. Estos materiales permiten que la electricidad (es decir, el flujo de carga) pase a través de ellos fácilmente.
El conductor conduce corriente
La corriente en un conductor representa la tasa a la que fluye la carga a través de su sección transversal, directamente proporcional tanto al campo eléctrico como a la conductancia del conductor. Este campo eléctrico surge de una diferencia de voltaje a través del conductor, mientras que la conductancia cuantifica la facilidad con la que el material permite el flujo de carga.
Cuando se aplica una diferencia de potencial a través de un conductor, los electrones en la banda de conducción ganan energía y comienzan a desplazarse desde el terminal negativo hacia el terminal positivo de la fuente de voltaje. La dirección de la corriente es opuesta a la dirección del flujo de electrones, ya que la corriente se define como el flujo de carga positiva. Los electrones chocan con átomos y otros electrones en el conductor, lo que causa resistencia y generación de calor. La resistencia es una medida de cuánto se opone el material al flujo de carga a través de él.
La corriente en un conductor depende de varios factores, como:
La diferencia de potencial a través del conductor
La longitud y área transversal del conductor
La temperatura y composición del material
La presencia de impurezas o defectos en el material
Propiedades de los conductores eléctricos
Tienen alta conductancia y baja resistencia
Tienen muchos electrones libres en su banda de conducción
No tienen brecha energética entre su banda de valencia y la banda de conducción
Tienen enlaces metálicos que forman una red de iones positivos rodeados por una nube de electrones
Tienen campos eléctricos cero y densidad de carga cero en su interior
Tienen cargas libres solo en su superficie
Tienen un campo eléctrico perpendicular a su superficie
Tipos de conductores
Conductores ohmicos
Los conductores ohmicos son materiales que siguen la ley de Ohm para cualquier diferencia de potencial y temperatura. Tienen una relación lineal entre voltaje y corriente, lo que significa que su resistencia es constante. La mayoría de los metales son conductores ohmicos en condiciones normales.
Conductores no ohmicos
Los conductores no ohmicos son materiales que no siguen la ley de Ohm para cualquier diferencia de potencial o temperatura. Tienen una relación no lineal entre voltaje y corriente, lo que significa que su resistencia varía con el voltaje aplicado. Los conductores no ohmicos pueden exhibir resistencia negativa, donde la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje, o resistencia positiva, donde la corriente aumenta a medida que aumenta el voltaje, pero no proporcionalmente. Algunos conductores no ohmicos también pueden tener un voltaje umbral, por debajo del cual no fluye corriente.
Conductores sólidos
Los conductores sólidos son materiales que tienen una forma y volumen fijos. Pueden dividirse aún más en conductores metálicos y no metálicos.
Conductores metálicos: Son metales o aleaciones metálicas que tienen alta conductividad y baja resistividad. Tienen una estructura reticular de iones positivos rodeados por un mar de electrones libres. Algunos ejemplos de conductores metálicos son plata, cobre, oro, aluminio, hierro, latón, bronce, etc.
Conductores no metálicos: Son no metales que tienen algunos electrones o iones libres en su estructura. Tienen menor conductividad y mayor resistividad que los metales. Algunos ejemplos de conductores no metálicos son grafito, nanotubos de carbono, grafeno, etc.
Conductores líquidos
Conductores líquidos: son materiales que no tienen forma fija pero sí volumen fijo. Pueden dividirse aún más en conductores metálicos y no metálicos.
Conductores metálicos: Son metales que están en estado líquido a temperatura ambiente o cuando se calientan. Tienen alta conductividad y baja resistividad. Tienen una estructura similar a los metales sólidos, pero con mayor espacio interatómico y movilidad. Un ejemplo de un conductor líquido metálico es el mercurio.
Conductores no metálicos: Son líquidos que contienen iones o moléculas disueltas que pueden transportar una carga. Tienen menor conductividad y mayor resistividad que los metales. Tienen una estructura de solutos polares o iónicos en un solvente. Algunos ejemplos de conductores líquidos no metálicos son agua salada, soluciones ácidas, electrolitos, etc.
Factores que afectan la conductividad de los conductores eléctricos
La conductividad de un conductor eléctrico depende de varios factores, como:
El tipo y número de portadores de carga libres: Cuantos más electrones o iones libres haya en un material, mayor será su conductividad y menor su resistividad.
El tamaño y forma del conductor: Cuanto más largo y delgado sea un conductor, menor será su conductividad y mayor su resistividad.
La temperatura del conductor: Cuanto mayor sea la temperatura de un conductor, menor será su conductividad y mayor su resistividad. Esto se debe a que la agitación térmica de los átomos y electrones aumenta las colisiones y reduce la movilidad de los portadores de carga.
La presencia de impurezas o defectos en el conductor: Cuantas más impurezas o defectos haya en un conductor, menor será su conductividad y mayor su resistividad. Esto se debe a que las impurezas o defectos actúan como centros de dispersión para los portadores de carga y reducen su camino libre medio.
La frecuencia del campo eléctrico aplicado: Cuanto mayor sea la frecuencia del campo eléctrico aplicado, menor será la conductividad y mayor la reactancia de un conductor. Esto se debe a que, a altas frecuencias, los portadores de carga no pueden seguir los cambios rápidos en el campo eléctrico y crean un campo magnético opuesto.
Aplicaciones de los conductores eléctricos
Los conductores eléctricos se utilizan en un amplio espectro de campos científicos e ingenieriles. Algunas aplicaciones notables incluyen:
Cableado eléctrico: Los cables eléctricos están hechos de conductores de cobre o aluminio que transportan corriente eléctrica desde fuentes de alimentación hasta cargas. Están recubiertos con materiales aislantes para prevenir cortocircuitos y descargas eléctricas.
Circuitos eléctricos: Los circuitos eléctricos son redes de componentes eléctricos que realizan funciones específicas utilizando corriente eléctrica. Están hechos de diversos tipos de conductores, como cables, resistencias, capacitores, inductores, diodos, transistores, etc.
Máquinas eléctricas: Las máquinas eléctricas son dispositivos que convierten energía eléctrica en energía mecánica o viceversa utilizando corriente eléctrica y campos magnéticos. Están hechas de diversos tipos de conductores, como bobinas, devanados, rotores, estatores, armaduras, etc.
Sensores eléctricos: Los sensores eléctricos son dispositivos que detectan cantidades físicas como temperatura, presión, luz, sonido, etc., y las convierten en señales eléctricas. Están hechos de diversos tipos de conductores, como electrodos, cables, bobinas, resistencias, capacitores, etc. Algunos ejemplos de sensores eléctricos son termopares, fotodiodos, LDRs, sensores piezoeléctricos, etc.
Conclusión
Los conductores eléctricos son materiales esenciales para muchas aplicaciones que involucran corriente eléctrica y campos eléctricos. Tienen diferentes tipos, propiedades y factores que afectan su conductividad. También se utilizan para hacer diversos tipos de sensores eléctricos que pueden detectar y medir fenómenos físicos. Los conductores eléctricos están en constante evolución con nuevas tecnologías e innovaciones para satisfacer las demandas de diversas industrias y campos.
