Conductores, aislantes y semiconductores en función del
estado de los electrones en los cuerpos materiales.
Materiales Conductores:
Conductores son todos aquellos
materiales o elementos que permiten que los atraviese el flujo de la corriente
o de cargas eléctricas en movimiento.
En la categoría “conductores” se
encuentran agrupados todos los metales que en mayor o menor medida conducen o
permiten el paso de la corriente eléctrica por sus cuerpos.
Materiales Aislantes:
Los cuerpos aislantes son aquellos que
no permiten el paso e intercambio de electrones periféricos, siendo sus átomos
normalmente estables, por lo tanto no dejan pasar la corriente eléctrica a
través de ellos.
Los átomos de los elementos aislantes
poseen entre cinco y siete electrones fuertemente ligados a su última órbita,
lo que les impide cederlos. Esa característica los convierte en malos
conductores de la electricidad, o no la conducen en absoluto.
Materiales Semiconductores
Los semiconductores son materiales cuya
conductividad varía con la temperatura, pudiendo comportarse como conductores o
como aislantes. Resulta que se desean variaciones de la conductividad no con la
temperatura sino controlables eléctricamente por el hombre
3.1 CONDUCTIVIDAD
La conductividad
eléctrica es una medida de la capacidad de un material de dejar pasar la
corriente eléctrica, su aptitud para dejar circular libremente las cargas
eléctricas. La conductividad depende de la estructura atómica y molecular del
material, los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con
muchos electrones con vínculos débiles y esto permite su movimiento. La
conductividad también depende de otros factores físicos del propio material y
de la temperatura.
La conductividad es la inversa de la resistividad por tanto
, y su unidad es el S/m (siemens por metro)
o Ω-1·m-1.
Usualmente la magnitud de la
conductividad (σ) es la proporcionalidad entre el campo eléctrico
y la densidad
de corriente de conducción
:
3.2 RESISTIVIDAD
La
resistividad es la resistencia eléctrica específica de un material. Se
designa por la letra griega rho minúscula (ρ) y se mide en ohmios por metro
(Ω•m).1
Su valor describe el comportamiento de
un material frente al paso de corriente eléctrica, por lo que da una idea de lo
buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistividad indica que el
material es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es un buen
conductor.
Generalmente la resistividad de los
metales aumenta con la temperatura, mientras que la resistividad de los
semiconductores disminuye ante el aumento de la temperatura.
La resistividad [ρ] (rho) se define como:
ρ = R *A / L
donde:- ρ es la resistividad medida en ohmios-metro
- R es el valor de la resistencia eléctrica en Ohmios
- L es la longitud del material medida en metros
- A es el área transversal medida en metros2
De la anterior fórmula se puede deducir que el valor de un resistor, utilizado normalmente en electricidad y electrónica, depende en su construcción, de la resistividad (material con el que fue fabricado), su longitud, y su área transversal.
R = ρ * L / A
- A mayor longitud y menor área transversal del elemento,
más resistencia
- A menor longitud y mayor área transversal del elemento, menos resistencia
- A menor longitud y mayor área transversal del elemento, menos resistencia
La resistividad depende de
la temperatura
La resistividad de los metales aumenta al aumentar la temperatura al contrario de los semiconductores en donde este valor decrece.
3.3 RESISTENCIA
La resistencia
eléctrica de un objeto es una medida de su oposición al paso de corriente.
Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia eléctrica tiene un parecido
conceptual a la fricción en la física mecánica. La unidad de la resistencia en
el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω). Para su medición en la
práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmímetro.
Además, su cantidad recíproca es la conductancia, medida en Siemens.
La resistencia de cualquier objeto
depende únicamente de su geometría y de su resistividad, por geometría se
entiende a la longitud y el área del objeto mientras que la resistividad es un
parámetro que depende del material del objeto y de la temperatura a la cual se
encuentra sometido. Esto significa que, dada una temperatura y un material, la
resistencia es un valor que se mantendrá constante. Además, de acuerdo con la
ley de Ohm la resistencia de un material puede definirse como la razón entre la
caída de tensión y la corriente en dicha resistencia, así: R = V / I
donde R es la resistencia en ohmios, V
es la diferencia de potencial en voltios e I es la intensidad de corriente en
amperios.
Cuando el material tiene muchos electrones libres, como es el caso de los metales, permite el paso de los electrones con facilidad y se le llama conductor.
Ejemplo: cobre, aluminio, plata, oro, etc..
Si por el contrario el material tiene pocos electrones libres, éste no permitirá el paso de la corriente y se le llama aislante o dieléctrico
Ejemplo: cerámica, bakelita, madera (papel), plástico, etc..
Los factores principales que determinan la resistencia eléctrica de un material son:
- tipo de material
- longitud
- sección transversal
- temperatura
Un material puede ser aislante o conductor dependiendo de su configuración atómica, y podrá ser mejor o peor conductor o aislante dependiendo de ello.
Características físicas de un material que definen su
resistencia eléctrica
- Un material
de mayor longitud tiene mayor resistencia eléctrica. Ver información adicional en: La resistividad
El material de mayor longitud ofrece más resistencia al paso de la corriente que el de
menor longitud
- Un material con mayor sección transversal tiene menor resistencia.
(Imaginarse un cable
conductor cortado transversalmente). La dirección de la corriente
(la flecha de la corriente) en este caso entra o
sale de la página.
El material de menor sección (círculo amarillo más pequeño) ofrece
mayor resistencia al paso de la corriente que el de
mayor sección
- Los materiales que
se encuentran a mayor temperatura tienen mayor resistencia.
Ver Variación de la resistencia con la
temperatura
La unidad de medida de la resistencia eléctrica es el Ohmio y se representa por la
letra griega omega (Ω) y se expresa con la letra "R".
Concepto, unidades de una resistencia
Una resistencia o resistor es un elemento que causa oposición al paso de la corriente,
causando que en sus terminales aparezca una diferencia de tensión (un voltaje).
Símbolo de la resistencia
Este bombillo / foco que todos tenemos en nuestros hogares es una
resistencia. Las resistencias se representan con la letra R y el valor de éstas se mide en Ohmios (Ω).(MΩ).
1 Kilohmio (KΩ) = 1,000 Ohmios (Ω)
1 Megaohmio (MΩ) = 1,000,000 Ohmios (Ω)
1 Megaohmio (MΩ) = 1,000 Kilohmios (KΩ)
Para poder saber el valor de las resistencias sin tener que medirlas, existe un código de colores de las resistencia que nos ayuda a obtener con facilidad este valor con sólo verlas.
Las resistencias o resistores son fabricadas en una amplia variedad de valores. Hay resistencias con valores de Kilohmios (KΩ), Megaohmios (MΩ).
Estás dos últimas unidades se utilizan para representar resistencias muy grandes. A continuación se puede ver algunas equivalencias entre ellas:
1 Kilohmio (KΩ) = 1,000 Ohmios (Ω)
1 Megaohmio (MΩ) = 1,000,000 Ohmios (Ω)
1 Megaohmio (MΩ) = 1,000 Kilohmios (KΩ)
Para poder saber el valor de las resistencias sin tener que medirlas, existe un código de colores de las resistencia que nos ayuda a obtener con facilidad este valor con sólo verlas.
Para obtener la resistencia de cualquier elemento de un material específico, es necesario conocer algunos datos propios de éste, como son: su longitud, área transversal, resistencia específica o resistividad del material con que está fabricada.
Los resistores son fabricados en una gran variedad de
formas y tamaños.
En las más grandes, el valor delresistor se imprime directamente en el cuerpo
del mismo, pero en los más pequeños no es posible. Para poder obtener con facilidad
el valor de la resistencia / resistor se utiliza el código de colores
Sobre estos resistores se pintan unas bandas
de colores. Cada color representa un número que se utiliza para
obtener el valor final del resistor.
Las dos primeras bandas indican las dos primeras cifras del valor
del resistor, la tercera banda indica cuantos ceros hay que aumentarle al valor
anterior para obtener el valor final de la resistor.
La cuarta banda nos indica la tolerancia y si hay quinta banda, ésta nos indica
suconfiabilidad
Ejemplo: Si un resistor tiene las siguiente bandas de colores:
- El resistor tiene un valor de 2400,000 Ohmios +/-
5 %
- El valor máximo de este resistores: 25200,000 Ω
- El valor mínimo de este resistores: 22800,000 Ω
- El resistor puede tener cualquier valor entre el máximo y mínimo calculados.
- El valor máximo de este resistores: 25200,000 Ω
- El valor mínimo de este resistores: 22800,000 Ω
- El resistor puede tener cualquier valor entre el máximo y mínimo calculados.
Los colores de las
bandas de losresistores no
indican la potenciaque
puede disipar, pero el tamaño que tiene la resistor da una idea de la disipación máxima
que puede tener.
Los resistores comerciales disipan 1/4 watt, 1/2 watt, 1 watt, 2
watts, etc..
A mayor tamaño del resistor, más disipación de potencia (calor). Ver la Ley de Joule.
A mayor tamaño del resistor, más disipación de potencia (calor). Ver la Ley de Joule.
3.4 CONDUCTANCIA
Se denomina conductancia eléctrica (G) de un conductor, a la inversa de la
oposición que dicho conductor presenta al movimiento de los electrones en su
cuerpo, es decir que la conductancia es la propiedad inversa de la resistencia
eléctrica.
No debe confundirse con conducción, que
es el mecanismo mediante el cual la carga fluye, o con la conductividad, que es
la conductancia de un material específico.
La unidad de medida de la conductancia
en el Sistema internacional de unidades es el siemens.
Este parámetro es especialmente útil a
la hora de tener que manejar valores de resistencia muy pequeños, como es el
caso de los conductores eléctricos.
Relación con otras cantidades
Como ya se mencionó, la relación entre
la conductancia y la resistencia está dada por: G = 1/R =1/V
donde:
G es la conductancia (viene del inglés
gate),
R es la resistencia en ohmios,
I es la corriente en amperios,
V es el voltaje en voltios.
(Nota: Esta relación solo es aplicable
en el caso de circuitos puramente resistivos.)
