Electricidad Fácil II: Corriente eléctrica y materiales conductores y aislantes de la electricidad.

En el capítulo II de electricidad fácil trataremos los materiales conductores y aislantes y veremos como interactúan estos con los electrones.

En el capitulo I de electricidad fácil se trató la composición de la materia (moléculas y átomos) y vimos que la electricidad es el estudio de los fenómenos relacionados con el movimiento de los electrones.

Recordemos que los electrones son partículas con carga negativa que orbitan alrededor del núcleo del átomo. Los situados en las últimas capas pueden desprenderse del átomo: son los llamados electrones libres.

Electrones libres y corriente eléctrica

Los electrones libres son los que giran más alejados del núcleo del átomo, es decir, en su última órbita. Estos electrones son los que se pueden liberar con mayor facilidad y dar lugar a una corriente eléctrica. Pero ¿a que llamamos corriente eléctrica?

En Humor Amarillo (nombre que se le dió en español al programa de humor japonés El Castillo de Takeshi), la prueba de las zamburguesas era una de las pocas que aparecían en todos los episodios. En dicha prueba el concursante debía cruzar una charca con fango saltando de roca en roca, algunas rocas estaban sueltas y esa era la gracia de la prueba.

electrón libre saltando de átomo en átomo Los electrones libres pueden saltar de átomo en átomo y formar una corriente eléctrica

Pues bien, así como el concursante salta de roca en roca, un electrón libre también puede saltar de átomo en átomo. Al desprenderse de un átomo, el electrón libre es atraído por el siguiente, donde vuelve a repetirse el salto. Y así sucesivamente, hasta que llega al final.

Flujo de electrones

Cuando muchos electrones libres recorren los átomos de un material, hablamos de que a través de dicho material circula una corriente eléctrica, es decir, un flujo de electrones.

flujo de electrones Cuandos electrones libres saltan de átomo en átomo hablamos de corriente eléctrica

Si tenemos un cable por el que circula una corriente eléctrica, es importante observar que cada electron se desplaza de un átomo al siguiente. Es decir, si por un extremo entran cinco electrones nuevos al cable, también saldrán cinco electrones por el extremo opuesto, pero no se trata de los mismos electrones que acaban de entrar.

Por el contrario, dichos electrones se mueven una distancia pequeña saltando a los átomos vecinos. En su salto empujan fuera del átomo a los electrones libres que allí se encontraban y así sucesivamente. Como consecuencia, al igual que los coches atrapados en un atasco, los electrones circulan pero lo hacen recorriendo cada uno de los átomos del material.

Por otro lado, un material puede tener electrones libres, pero si estos no se mueven de manera ordenada no podemos hablar de corriente eléctrica. Además, no todos los materiales tienen electrones libres. Por tanto, en algunos materiales no puede circular una corriente eléctrica. Es el momento de hablar de los conductores y aislantes eléctricos.

Materiales conductores y aislantes de la electricidad

Los materiales conductores de la electricidad son aquellos que tienen suficientes electrones libres y en los cuales puede circular una corriente eléctrica. Estos materiales se suelen conocer simplemente como conductores.

Conductores eléctricos

El cobre es uno de los mejores conductores eléctricos, aunque es superado por otros metales, como la plata. Otro buen conductor (aunque no tan bueno como el cobre) es el aluminio. A su vez, el hierro, que también es un conductor eléctrico, es menos conductor que el aluminio.

Cobre El cobre es uno de los mejores conductores eléctricos

¿Pero qué quiere decir que un material sea un mejor conductor de la electricidad que otro? Todos los materiales conductores de la electricidad ofrecen algo de resistencia al paso de los electrones pero algunos se oponen menos que otros.

Por ejemplo, una corriente eléctrica circula más fácilmente por un cable de cobre que por uno de aluminio, siempre que ambos tengan el mismo grosor y longitud.

Finalmente, algunos materiales son capaces de conducir una corriente eléctrica sin ofrecer resistencia al paso de los electrones: son los materiales superconductores.

Aislantes eléctricos

Algunos materiales tienen pocos electrones libres. En consecuencia, dichos materiales son malos conductores de la electricidad: son los aislantes eléctricos.

Así como hay materiales que son superconductores, es decir, conductores eléctricos casi perfectos, con los aislantes no ocurre lo mismo: todos los aislantes pueden conducir algo de electricidad, aunque muy poca.

Ejemplos de aislantes eléctricos: goma, vidrio, plástico y agua destilada.

El agua destilada no conduce la electricidad, sin embargo, sí lo hace el agua potable, pues contiene sales minerales disueltas que lo hacen posible.

En el campo de la electricidad, los materiales aislantes son tan importantes como los conductores:

  1. Los aislantes sirven para dirigir la corriente eléctrica al lugar que queremos
  2. Los aislantes evitan que el flujo de electrones se dirija a lugares no deseados (por ejemplo, a nuestro cuerpo)

Si pensamos en una herramienta eléctrica como un martillo percutor, podemos comprobar que su empuñadura rara vez es metálica, sino de plástico, puesto que si uno de los cables tocara accidentalmente la carcasa, nos daría calambre, es decir, el flujo de electrones circularía por nuestro cuerpo.

En cambio, los martillos neumáticos sí son frecuentemente de metal, puesto que al funcionar con aire comprimido no existe el riesgo de electrocución.

Además, como veremos más adelante, además del uso de aislantes, existen otras medidas de seguridad para reducir el riesgo de electrocución, como la toma de tierra. La toma de tierra es un cable que se conecta a las partes metálicas de un aparato y que, en caso de contacto accidental, dirige la electricidad a un lugar seguro (a la tierra), evitando así que la corriente circule por nuestro cuerpo.

Aisladores de vidrio Los aisladores de vidrio de las torres eléctricas evitan que la corriente circule por la torre: el vidrio es un material aislante

Semiconductores

Algunos materiales permiten que la corriente circule en un sentido, pero no en otro: son los materiales semiconductores.

De momento no hablaremos de los semiconductores, aunque son extremadamente importantes, pues son la base de la electrónica moderna.

Ejemplos de cables eléctricos

Un cable eléctrico convencional, es decir, un cable diseñado para que circule por el una corriente eléctrica, está formado por una combinación de materiales aislantes y conductores.

En el siguiente ejemplo se puede ver un cable conocido como manguera eléctrica. La manguera tiene dos tipos de aislantes: uno interno para cada uno de los cables que contiene en su interior y un segundo aislante externo.

Cable mangera eléctrica cobre rigido aislante y conductor El cable eléctrico está formado por materiales conductores y aislantes de la electricidad

Además, los cables individuales (o hilos) de color azul, marrón y amarillo verde incluyen un núcleo de cobre (rígido en este caso), que es el material que realmente conduce la electricidad.

Por lo general, para uso doméstico en exteriores se usa la manguera eléctrica, pues es más segura, al estar doblemente aislada. Sin embargo, los cables de alta tensión no van aislados: solo contienen el material conductor.

Resumen

Definimos corriente eléctrica como el movimiento ordenado de los electrones libres a lo largo de los átomos de un material.

No todos los materiales pueden conducir electricidad. En función de esta capacidad hablamos de materiales conductores, semiconductores o aislantes.

Los cables eléctricos siempre incluyen un material conductor, además, en muchos casos están recubiertos por una o más capas de material aislante.

Apuntes adicionales

Esta sección no es imprescindible para la comprensión de este manual de electricidad básica. En ella se incluyen ejemplos o información adicional sobre el tema tratado. En este caso hablaremos de los aisladores de torres eléctricas.

Aisladores de vidrio templado

Los AVT (aisladores de vidrio templado) permiten transmitir corrientes eléctricas de alto voltaje sin que la electricidad salte a la torre eléctrica. Los aisladores están formados por tres componentes:

  1. Disco dieléctrico: el disco propiamente aislante. Está fabricado con vidrio templado para mejorar su resistencia a la rotura.
  2. Herrajes metálicos: Uno de los herrajes del aislador es su caperuza de fundición. El otro es un badajo de acero forjado, más resistente a la rotura que la fundición, que forma el núcleo del aislador. Estos herrajes están revestidos con material asfáltico. La emulsión bituminosa (asfalto) protege los materiales de la corrosión y posibilitan que el aislador dilate.
  3. Cemento portland: los discos de vidrio están unidos al aislador con cemento portland. El cemento no ataca el metal del aislador gracias a la pintura asfáltica.

Aisladores de porcelana

También existen aisladores eléctricos de porcelana, los cuales tienen una ventaja: apenas son visibles, lo que los hace menos susceptibles de recibir ataques vandálicos.

Sin embargo, los aisladores eléctricos de porcelana tienen claras desventajas frente a los de vidrio templado:

  • Al no ser transparentes no se pueden detectar defectos internos (grietas, roturas, etcétera)
  • Se calientan fácilmente, puesto que los rayos solares no atraviesan los discos (no son transparentes)
  • No se puede inspeccionar su estado desde un helicóptero o desde el suelo
  • Se pueden perforar ante un cambio de tensión eléctrica

En el siguiente capítulo del Manual de Electricidad Fácil hablaremos de las cargas eléctricas.

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