Aisladores y conductores: ejemplos, definiciones y cualidades

Conductores y aislantes

En los viejos tiempos, si la casa de alguien se incendiaba, los voluntarios acudían rápidamente al lugar y formaban una brigada de baldes para apagar las llamas. Si lo piensa bien, podría decir que la brigada del balde estaba «conduciendo» el agua desde la fuente hasta el fuego. Pero, ¿y si los voluntarios dejaran de pasar el agua? Bueno, sabemos una cosa: la casa se quemaría hasta los cimientos porque estaba efectivamente ‘aislada’ del agua. El escenario de la brigada de cubos es en realidad muy similar a por qué algunos materiales actúan como conductores eléctricos y otros actúan como aislantes eléctricos. Pero, para encontrar a los actores en nuestra ‘brigada de cubos’ eléctrica, tenemos que comenzar en el nivel atómico. No todos los átomos son iguales. Algunos átomos no se aferran a sus electrones externos con mucha fuerza. Estos se conocen como electrones libres porque literalmente son libres para vagar de un átomo a otro. Los electrones libres son los miembros de nuestra brigada de cubos eléctricos que pasan energía eléctrica de un electrón a otro.

Los electrones libres pueden moverse libremente de un átomo a otro.

Un material con muchos electrones libres permite una fácil transferencia de energía eléctrica y, por lo tanto, se denomina conductor . Si enviamos un electrón energético a un conductor, impactará sobre un electrón libre, derribándolo por la línea hasta que golpee otro electrón libre. Esto establece una reacción en cadena de impactos que conduce la energía eléctrica a través del material. Una buena forma de pensarlo es como un grupo de bolas esparcidas sobre una mesa de billar. Nuestro electrón energético es como la bola blanca que se lanza al grupo e impacta una bola, que a su vez golpea otra bola y así sucesivamente en la línea. Antes de que te des cuenta, la energía de la bola blanca ha sido «conducida» hasta el otro extremo de la mesa. ¡La única diferencia real entre las bolas de billar y los electrones es que los electrones conducen energía eléctrica casi a la velocidad de la luz!

Los aisladores tienen muy pocos electrones libres y no transfieren bien la energía eléctrica.

En el otro extremo del espectro, hay átomos que se aferran a sus electrones con mucha fuerza. Un material que contiene este tipo de átomos tiene muy pocos electrones libres, si es que tiene alguno, y no transfiere bien la energía eléctrica, si es que lo hace. Este tipo de material se llama aislante . Si enviamos un electrón energético a un aislante, efectivamente rebota en los átomos, incapaz de transferir su energía a los electrones fuertemente ligados. ¡Seguirá rebotando hasta que libere otro electrón o hasta que simplemente se quede sin energía! Volviendo a nuestra analogía con la mesa de billar, esto es muy similar a la bola blanca que simplemente rebota en los lados de la mesa. O golpeará otra bola y transferirá su energía, o simplemente dejará de rodar debido a la fricción.

Conductividad

La capacidad de un material para conducir energía eléctrica se conoce como conductividad . No es sorprendente que los materiales que son buenos conductores tengan una alta conductividad, mientras que los materiales que son buenos aislantes tengan una baja conductividad. La conductividad de un material depende del número de electrones libres disponibles, y esto varía mucho entre los diferentes tipos de átomos. En general, los materiales con las conductividades más altas o los mejores conductores son los metales, pero esto no significa que otros materiales no sean capaces de conducir la electricidad. Si eso fuera cierto, ¡nadie estaría en peligro de electrocutarse!

Ejemplos de materiales con conductividades bajas

En el otro extremo del espectro, los materiales con las conductividades más bajas o los mejores aislantes son el vidrio, la cerámica, el caucho y algunos plásticos. No todos los materiales se clasifican como aislantes o conductores, porque en el mundo real, no hacen un trabajo particularmente bueno con ninguno de los dos. Una nota final sobre la conductividad: los buenos conductores eléctricos también son buenos conductores de calor. La electricidad y el calor son solo dos formas diferentes de energía, pero ambas dependen de los electrones libres para transferirse a través del material. A veces es más fácil saber si un material sería un buen conductor usando nuestro sentido del tacto para ver qué tan bien conduce el calor.

Conductores y aislantes en la vida cotidiana

Veamos algunos ejemplos cotidianos de conductores y aislantes. ¿Alguna vez ha pensado mucho en los cables eléctricos que alimentan casi todo en su hogar? Un cable eléctrico está hecho de conductores y aislantes. El cable del centro suele estar hecho de cobre y la cubierta exterior está hecha de plástico o caucho. Un cable eléctrico es un ejemplo espectacular de los diferentes niveles de conductividad entre materiales. El cobre es mucho más conductor que el caucho que los electrones pueden viajar a través de treinta metros de cobre con facilidad, pero no pueden atravesar una pequeña fracción de pulgada de aislamiento de caucho. De hecho, la conductividad del cobre es aproximadamente un millón de billones de veces mayor que la del caucho.

Las líneas eléctricas de alto voltaje a menudo están protegidas por aisladores cerámicos.

Ahora, ¿qué pasa con el vidrio o la cerámica? ¿Puedes pensar en un lugar donde hayas visto estos materiales utilizados como aislantes eléctricos? Probablemente los haya visto, pero tal vez no se dio cuenta de lo que estaba mirando. Muchas líneas eléctricas de alto voltaje están protegidas por estos aislantes de aspecto extraño porque son muy buenos para no conducir electricidad.

Resumen de la lección

Resumamos lo que hemos aprendido. Los materiales que están compuestos por átomos con electrones libres son buenos conductores. La energía eléctrica se conduce a través de un material mediante la transferencia de energía de un electrón al siguiente. Los materiales que están hechos de átomos con electrones fuertemente unidos son buenos aislantes. Estos materiales tienen muy pocos electrones libres, si es que tienen alguno, disponibles para transferir energía. La capacidad de un material para conducir energía eléctrica se llama conductividad. Todos los metales tienen alta conductividad y son buenos conductores, mientras que el caucho, el plástico, la cerámica y el vidrio tienen baja conductividad, lo que los convierte en los mejores aislantes. Los buenos conductores eléctricos también son buenos conductores de calor porque ambas formas de energía dependen de electrones libres para transferirse a través del material.

Los resultados del aprendizaje

Podrá hacer lo siguiente después de ver este video:

• Diferenciar entre conductores y aisladores a nivel atómico.
• Proporcione ejemplos de conductores y aislantes.
• Definir conductividad
• Explique por qué los buenos conductores eléctricos también son buenos conductores de calor.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador