Conductores, aislantes y semiconductores | Teoría | Ejemplos

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Todos los sujetos se clasifican de acuerdo con su capacidad (o incapacidad) para comportarse como se muestra en tabla 1.

tabla 1 Características de los conductores, aisladores y semiconductores

Un buen ejemplo de un Conductor es cobre El alambre de cobre (el conductor más utilizado) transporta corriente con poca resistencia.

Un buen ejemplo de un Aislado es de goma El caucho se utiliza para recubrir los mangos de muchas herramientas utilizadas en trabajos eléctricos (como alicates, destornilladores, etc.). Se necesita una tensión muy alta para obligar a la goma a comportarse.

Un buen ejemplo de un semiconductor es grafito (una forma de carbono), que se usa para fabricar muchas resistencias. El grafito limita la cantidad de corriente que se puede generar con la cantidad dada de voltaje.

En este artículo, analizamos algunas de las características de los conductores, aisladores y semiconductores.

Conductores

Un conductor es un material que ofrece poca resistencia al flujo de electrones (corriente).

Debido a que la resistencia de un conductor es baja, se requiere muy poca energía para generar corriente a través de él. Por lo tanto, los materiales con menor resistencia son los mejores conductores. La capa de valencia de un átomo determina sus características eléctricas. La conductividad de un elemento está determinada por:

1. Número de electrones de la capa de valencia. Cuantos menos electrones de la capa de valencia tenga un átomo, más fácil será obligar al átomo a ceder electrones libres. Los mejores conductores tienen un electrón de valencia por átomo.
2. El número de átomos por unidad de volumen. Con más átomos por unidad de volumen, un voltaje dado puede generar más electrones libres. Los mejores conductores tienen un alto número de átomos por unidad de volumen.

cobre, caucho y grafito

Figura 1 Cobre, caucho y grafito.

aisladores

Los aislantes son materiales que tienen una resistencia muy alta, lo que impide el paso de la corriente.

Por ejemplo, el aislamiento que cubre un cable de alimentación evita que la corriente del cable llegue a usted cuando se toca. Algunos elementos (como el neón) son aislantes naturales. Los aislantes son compuestos como el caucho, el teflón y la mica (entre otros) que se utilizan para proteger a los técnicos en el campo.

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Como probablemente haya adivinado, los conductores y los aisladores tienen características opuestas. En general, los aislantes son materiales que:

1. Capa de valencia completa (ocho electrones de valencia).
2. Hay muy pocos átomos por unidad de volumen.

Con esta combinación de características, se requiere un voltaje muy alto para conducir el aislador.

Algunas herramientas comunes de aislamiento

Figura 2 Algunas herramientas comunes de aislamiento

semiconductor

Cualquier elemento o material cuya resistencia se encuentre a medio camino entre la de un conductor y la de un aislante.

Los semiconductores son materiales que no son ni buenos conductores ni buenos aislantes. Por ejemplo, el grafito (una forma de carbono) no conduce lo suficientemente bien como para ser considerado conductor. Al mismo tiempo, no bloquea la corriente lo suficiente como para ser considerado un aislante. Otros ejemplos de semiconductores son el silicio, el germanio y el arseniuro de galio.

En general, los semiconductores tienen las siguientes características:

1. Capas de valencia semicompletas (es decir, que contienen cuatro electrones de valencia)
2. Número relativamente alto de átomos por unidad de volumen.

  • También puedes leer: Diferencia entre Conductor Semiconductor y Aislante

resistencia del conductor

La resistencia de un conductor (a una temperatura dada) depende de:

1. resistencia del conductor.
2. La longitud del conductor.
3. Sección transversal del conductor.

La resistividad es la resistencia volumétrica específica de un elemento o compuesto.

Cuanto menor sea la resistencia del conductor; mejor conduce. Por ejemplo, la resistividad del cobre es menor que la del aluminio. De hecho, una longitud de cable de cobre de 1000 pies es un poco más de la mitad de la resistencia de una longitud comparable de cable de aluminio.

La resistencia generalmente se clasifica usando una de dos unidades de medida:

1. Circular – MIL – OHMIOS POR PIE (CML-Ω/FT)
2. OHMIO-CENTÍMETRO (Ω-CM)

Los volúmenes utilizados en estas dos notaciones se indican i imagen 3. Tenga en cuenta que el NEC ® trata exclusivamente con molinos circulares.
Volúmenes utilizados para medir la resistencia de un conductor.  1

Volúmenes utilizados para medir la resistencia de un conductor.  2

imagen 3 Volúmenes utilizados para medir la resistencia de un conductor.

Un mil es una milésima de pulgada (0,001 pulgada). Circular Mil Circunference (CMIL) es una medida de área que se encuentra elevando al cuadrado el diámetro (en milésimas de pulgada) del conductor.

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El material de pie CIRCULAR-MIL (CMIL-FT) tiene una milla de diámetro y un pie de largo, como se muestra en Imagen 3a. Cuando este volumen de material se usa para medir la resistividad de un material en particular, la clasificación se da como circular-mil-ohms por pie (cmil-Ω/ft).

el es segunda unidad de volumen utilizado para estimar la resistividad centímetro cúbico. Cuando este volumen se usa para medir la resistividad de un material en particular, la clasificación se da en ohmios-centímetros (Ω-cm).

Tabla 2 muestra las clasificaciones de resistencia de varios elementos que se encuentran comúnmente en los circuitos eléctricos y electrónicos.

Tabla 2 Índices de resistencia algunos elementos comunes

Índices de resistencia algunos elementos comunes

Calcular la resistencia de un conductor.

Cuando se conocen la longitud y la sección transversal de un conductor, la resistencia del conductor se puede calcular usando:

[begin{matrix}R=rho frac{L}{A} & {} & left( 1 right) end{matrix}]

Dónde

ρ= resistividad del material

l= longitud del conductor

A = sección transversal del conductor

La letra griega rho ρ en ecuación 1 comúnmente usado para indicar resistencia. Los siguientes ejemplos muestran el cálculo de la resistencia del conductor.

Ejemplo 1

Calcule la resistencia de una longitud de 1000 pies de cobre con un diámetro de 81 mils.

La solución

De acuerdo a Tabla 2, el cobre tiene una resistividad nominal de 10,37 cmil-Ω/ft. Con un diámetro de 81 mils, la sección transversal es la siguiente:

$Área={{left( text{81 mils} right)}^{2}}=6561text{cmils}$

Ahora usándolo ecuación 1la resistencia del cobre se calcula de la siguiente manera:

[R=rho frac{L}{A}=left( 10.37frac{cmil-Omega }{ft} right)times frac{1000text{ }ft}{6561text{ }cmils}=1.58Omega ]

Con esta cantidad de resistencia, es fácil ver que el cobre solo se opone ligeramente a la corriente.

¿Qué nos dice la ecuación 1?

Todas las ecuaciones sirven dos goles. Al principionos muestra cómo calcular el valor del interés. Segundo (y probablemente lo más importante), nos muestra la relación entre el valor del interés y sus variables. Por ejemplo, Ecuación 1 ordenar eso,

$begin{matriz}R=rho frac{L}{A} & {} & left( 1 right) end{matriz}$

La relación nos muestra:

1. La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su resistencia. Es decir, los aumentos (o disminuciones) de la resistencia provocan un cambio similar en la resistencia.
2. La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud. En otras palabras, cuanto más largo es el conductor, mayor es su resistencia.
3. La resistencia de un conductor es inversamente proporcional a su sección transversal. Por lo tanto, cuanto mayor sea el diámetro del conductor, menor será su resistencia.

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Temperatura y resistencia

El cálculo toma muestra con una temperatura de funcionamiento de 20deC. La resistencia del conductor se ve afectada por la temperatura de funcionamiento. El efecto de la temperatura sobre la resistencia de un material depende de su coeficiente de temperatura.

A Coeficiente de temperatura positivo es una calificación que indica que la resistencia de un material en particular aumenta a medida que aumenta la temperatura. A Coeficiente de temperatura negativo es una calificación que indica que la resistencia de un material en particular disminuye a medida que aumenta la temperatura y viceversa.

Los conductores tienen coeficientes de temperatura positivos. Por lo tanto, la resistencia de un conductor aumenta cuando aumenta la temperatura.

Preguntas de revisión

¿Qué es el conductor? ¿Aislante? ¿Un semiconductor?

Un conductor tiene baja resistencia y tiene 1 electrón de valencia. Un aislante tiene alta resistencia y tiene 8 electrones de valencia. Un semiconductor está a medio camino entre un aislante y un conductor. Los semiconductores tienen 4 electrones de valencia.

¿Enumere los factores que determinan la conductividad de un elemento?

La conductividad está determinada por el número de electrones de valencia y el número de átomos por unidad de volumen.

¿Qué es la resistencia?

La resistividad es la resistencia volumétrica específica de un material.

Describa las unidades de medida comúnmente usadas para representar la resistencia.

La resistividad se define en miliohmios circulares por pie (CMIL-Ω/ft) u ohmios centimétricos (Ω-cm).

¿Cuál es el coeficiente de temperatura positivo?

Un coeficiente de temperatura positivo define cuánto aumenta la resistencia de un material con la temperatura.

¿Qué es el coeficiente de temperatura negativo?

Un coeficiente de temperatura negativo define cuánto disminuye la resistencia de un material con la temperatura.

¿Cuál es el coeficiente de temperatura de un conductor?

Los conductores tienen un coeficiente de temperatura positivo.

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