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Conductores y aisladores.Modelo de la

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Puesto que los electrones en movimiento poseen energa, puede hacerse que efecten trabajo til. Quehacen los electrones y como pueden controlarse en un circuito; esto depende en gran medida de los

tipos de materiales a travs de los cuales fluyen.

Existen ciertos materiales por los que los electrones no pueden fluir fcilmente. Saber algo relativo aestos material ayudar a entender mejor las diversas maneras en lasque se usa la energa elctrica.

CONDUCTORES.

Un conductor es un material a travs del cual los electrones fluyen fcilmente. En estos materiales, loselectrones de valencia, es decir los del nivel superior; pueden separarse fcilmente sin dificultad de los

tomos padres al aplicar la fuerza del voltaje. Dicho de otra manera, un conductor es un material quemuchos electrones libres.

La plata, el cobre y el aluminio son tres buenos conductores elctricos. De hecho, los metales sonbuenos conductores. Algunos gases bajo condiciones especiales pueden usarse tambin comoconductores. Por ejemplo el gas de nen, gas de argn, el vapor de mercurio y el vapor de sodio seusan en lmparas.

Cmo fluyes los electrones. La forma fundamental en la que fluyen los electrones a travs de de unalambre se muestra en la figura 4.1. El proceso se inicia cuando el terminal positivo de la pila atrae unelectrn de valencia, arrancndolo del tomo 3. El tomo 3 est ahora cargado positivamente y haperdido parte de su carga negativa. Por esta razn atrae un electrn del tomo 2. El tomo 2, a su vez,

atrae a un electrn del tomo 1. Como el tomo 1 perdi un electrn, un electrn abandona la terminanegativa de la pila y el tomo 1 lo atrae.

Figura 1 En un material conductor, el voltaje origina que algunos electrones se reparen de sus tomos. Estos

electrones libres se mueven posteriormente a los largo del conductor.

En un circuito, este proceso contina entre un nmero muy grande de tomos dentro del conductor.Esto produce un flujo constante (estacionario) de electrones libres a lo largo del conductor. El sentidodel flujo de electrones es siempre de la terminal negativa a la positiva de la fuente de energa.


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En cualquier conductor, el calor origina que los tomos dentro del alambre se muevan mucho msrpido que en condiciones normales. Esto aumenta el nmero de choques entre los electrones libres y

otras partculas atmicas dentro del alambre. Como resultado, tambin aumenta la resistencia al flujo delos electrones a lo largo del alambre.

Metales

Resistencia relativa

comparada con la del

cobre

Aluminio (puro) 1.70Latn 3.57Cobre (estirado en fro) 1.12Cobre (recocido) 1.00Hierro (puro) 5.65

Plata 0.94Estao 7.70Nquel 6.26-6.33

Tabla .1 Resistencia relativa.*Por ejemplo, un alambre de plata tiene una resistencia0.94 veces la de una alambre de cobre, mientras que

uno de aluminio es 1.70 veces o 170% la resistencia delcobre

De igual manera como la resistencia aumenta con un incremento en la temperatura, una disminucin de

sta producir una reduccin en la resistencia. Si la temperatura baja hasta el cero absoluto (-273.169C,o -459.699F), la resistencia del conductor ser cero. Esto se debe a que toda la actividad molecular enel material cesar en el cero absoluto.

As pues, no habr resistencia al flujo de electrones. Este fenmeno se llama superconductividad. En loslaboratorios ya se han producido temperaturas muy cercanas al cero absoluto. Con esto ha sido posibleoperar circuitos que casi no presentan resistencia.

La resistencia de un alambre aumenta cuando aumenta su longitud. Si dos alambres de diferentelongitud tienen una seccin transversal de igual rea, el ms largo tendr la resistencia ms grande.Esto se debe a dos razones:

1) los electrones deben recorrer una distancia mayor en el alambre ms largo.2) los electrones chocan con ms partculas en el alambre ms largo.

Si dos alambres tienen la misma longitud, el que tenga el rea de su seccin transversal ms grandetendr menor resistencia. Esto se debe a que el alambre ms grueso tiene ms electrones libres y,adems, cuenta con ms espacio a travs del cual esos electrones pueden moverse.

La expresin para calcular la resistencia de un conductor, en funcin de su longitud, el rea y el tipo dematerial (resistividad )


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longitudR=Resistividad

rea

LR=

A

Figura 2. Conductor

Los valores caractersticos de las resistividades de los materiales son:

Materiales

puros

2 = mm /m

Aluminio 0.0282Cobre 0.017Hierro

0.089

Mercurio

0.096Oro 0.0222Plata 0.0155Estao 0.155Grafito

0,600

Cromo

0,132

Ejemplo:

Determine la resistencia de un conductor de cobre telefnico calibre #27, y 100m de largo; si eldimetro es de 0.3606mm.

Solucin: Como el conductor el cilndrico se puede calcular el rea de seccin transversal:

2A= r 2

dA=

4

Calculado el rea:

2 2 2

22

(0.3606mm)0.3606 mmA = =

4 4

0.130032mm= = 0.10212mm

4

Calculando la resistencia del conductor:


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2

2

2

100mR = 0.017mm /m

0.10212mm

mm= 16.64

m

m

2mm= 16.64

AISLADORES.

Un aislador elctrico es un material que no conduce fcilmente una corriente elctrica. Estos materialescontienen electrones de valencia que estn fuertemente ligados al ncleo de sus tomos. Comoconsecuencia, se requiere un voltaje muy intenso para producir en ellos un nmero significativo deelectrones libres. Estos materiales tambin se denominan no conductores y dielctricos.El vidrio, porcelana, mica, hule, plstico, papel y madera son aisladores comunes. Estos materiales se

emplean para aislar elctricamente a los conductores, de manera que las corrientes que transportancirculen en las trayectorias convenientes (Figura 2).

Figura 2 Materiales aislantes comunes y sus usos.

No existe una separacin total entre los conductores y los aisladores. Todos los materiales aislantesconducirn corriente elctrica si se les aplica un voltaje lo suficientemente alto. Por ejemplo, se cree queel aire es muy buen aislador. Sin embargo, durante una tormenta, los enormes voltajes generados entrelas nubes y la tierra provocan que el aire conduzca corriente en forma de relmpago.

La capacidad de un material para aislar se conoce como su rigidez dielctrica. La rigidez dielctrica devarios aisladores comunes se da en la tabla 2.


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Material

Rigidez dielctrica

Voltaje de ruptura en

volta por 0.001 puig 0.0254 mm)

Baquelita 300

Formica 450

Vidrio (ventana) 200250

Mica 35005000

Poliestireno 50700

Porcelana 50100

Tefln 1 0002 000

Aire 75

Papel grueso(esmaltado)

150

Madera 125750

Tabla 2. Rigidez dielctrica de materiales aislantes comunes.

Tomado de:

Electricidad y Electrnica Bsica. Cuarta Edicin. Peter Buba - Marshal Schmit McGraw-Hill

Desarrollado por:

Andrey Julin Rentera Scarpetta


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AUTOEVALUACIN

Pruebe sus conocimientos escribiendo, en la hoja de papel, la palabra o palabras que completencorrectamente las siguientes aseveraciones:

1. Un conductor es una material a travs del cual los electrones pueden fluir____________.

2.

En un conductor, hay muchos electrones ______________.

3. Adems de los metales, ciertos se _____________ emplean tambin como conductores

4. Los electrones se mueven a travs del conductor de un circuito en un ______________ en una

______________ direccin.

5. La ______________ a la corriente que resulta de los choques electrnicos dentro de un

conductor se conoce como resistencia.

6.

La unidad bsica de la resistencia es el __________

7. La letra griega mayscula ___________se emplea como una abreviatura de ohms, despus de

un valor numrico. Esta letra se escribe______.

8. En casi todos los conductores metlicos, la resistencia ___________ cuando la temperatura

aumenta.

9. Si dos alambres tienen la misma longitud, el alambre con rea de seccin transversal mayor

tiene____________ resistencia.

10.Todos los materiales aislantes conducirn corriente si un __________ suficientemente alto se

aplica a ellos.

PARA REPASO Y ESTUDIO

1. Explique qu es un conductor elctrico. Mencione al menos tres buenos materiales conductores.______________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Describa el movimiento de los electrones a travs de un conductor.______________________________________________________________________________________________________________________________________


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3. Qu se entiende por un impulso elctrico?___________________________________________________________________

___________________________________________________________________4. Defina la resistencia elctrica.

______________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Nombre y defina la unidad bsica de resistencia.______________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Cules son los cuatro aspectos que determinan la resistencia de un conductor metlico?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7.

Explique por qu, para la mayor parte de los conductores metlicos, la resistencia aumentacuando la temperatura aumenta.______________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Defina un aislador elctrico. Mencione cinco materiales aislantes comunes._________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. En qu condiciones puede un material, que normalmente es aislador, convertirse en unoconductor?

______________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Qu se entiende por rigidez dielctrica de un material?______________________________________________________________________________________________________________________________________

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