Materiales De Corriente Electrica y Sus Electrones

Materiales, conductores, semiconductores, aislantes y sus electrones.

Existen dos enfoques, basados en la teoría de bandas, que nos permiten entender los fenómenos de conductividad eléctrica y térmica en los materiales sólidos. Estos enfoques son capaces de explicar, por ejemplo, las diferencias tan enormes en las resistividades eléctricas de tales materiales.

Uno de ellos es la teoría de F. Bloch (1928), la cual establece que los electrones de valencia en un metal se encuentran sujetos a un potencial no constante (periódico) y cuya periodicidad es impuesta por la estructura cristalina. El otro, la teoría de W. Heitler y F. London, considera los efectos sobre los niveles energéticos de átomos aislados, cuando dichos átomos se encuentran agrupados en un cristal (átomos interactuantes). Un tratamiento riguroso de la teoría de bandas requiere de la aplicación de la mecánica cuántica, en cualquiera de los dos enfoques. El de Heitler y London, sin embargo, permite una explicación cualitativa más clara de los fenómenos involucrados en la teoría de bandas, por lo cual nos centraremos en esta teoría.

Los materiales pueden clasificarse, de acuerdo con su resistividad, en conductores, semiconductores y aislantes.

Conductores

Un conductor es el que te permite que la electricidad o el calor pase de un lado a otro. Es cualquier cuerpo o objeto que sea capaz de intercambiar electrones pueden ser líquidos u objetos metálicos.

Para el transporte de energía eléctrica, así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, los mejores conductores son el oro y la plata, pero debido a su elevado precio, los materiales empleados habitualmente son el cobre (en forma de cables de uno o varios hilos), o el aluminio; metal que si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del 60% inferior es, sin embargo, un material tres veces más ligero, por lo que su empleo está más indicado en líneas aéreas de transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión.

Electrones de valencia en los conductores

Los conductores son todos aquellos que poseen menos de 4 electrones en su última capa de valencia. Los elementos capaces de conducir electricidad cuando son sometidos a una diferencia de potencial eléctrico más comunes son los metálicos.

Semiconductores

 

Un semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico y magnético, la presión, la radicación que le incide o la temperatura del ambiente en el que se encuentre.

Tipos de semiconductores

El silicio o Germanio que forma una estructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energía necesaria para saltar a la banda de conducción dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia.

Electrones de Valencia en los semiconductores

Para los semiconductores la banda de valencia y la de conducción tienen un pequeño espacio que también es muy estrecho y esta pequeña separación hace que sea relativamente fácil moverse, pero no con una gran libertad así que no les hace imposible el movimiento. Todos los semiconductores tienen alrededor de 4 electrones de valencia.

Semiconductores más utilizados

     El elemento semiconductor más usado es el silicio, el segundo el germanio, aunque idéntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos 12 y 13 con los de los grupos 14 y 15 respectivamente (AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s²p².

Aislantes

El aislante es el material que impide el paso de la corriente eléctrica que puede ser cerámica, vidrios, o hule y es utilizado para separar conductores eléctricos evitando un corto circuito.

Sirven para mantener alejadas del usuario varias partes que de tocarse accidentalmente cuando están en tensión pueden producir una descarga.

La diferencia de los distintos materiales es que los aislantes son materiales que presentan gran resistencia a que las cargas que lo forman se desplacen y los conductores tienen cargas libres y que pueden moverse con facilidad.

Electrones de Valencia en los aislantes

Los electrones de valencia están ligados fuertemente a sus respectivos núcleos atómicos. Están compuestos de sustancias de electrones, o partículas de energía que están comprimidos en conjunto mediante un proceso químico. Es casi imposible conseguir que el voltaje eléctrico pueda pasar a través de estos materiales.

Las bandas de valencia y conducción de un aislante están muy bien separadas lo cual 
casi impide que los electrones se muevan con libertad y facilidad. Estos cuentan con más de 4 electrones de valencia en su última banda de valencia.


A continuación dejamos un video para mejorar la información y su entendimiento: