Año de la Promoción de la Industria Responsable y el Compromiso Climático

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO-PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

ASIGNATURA: Física II

DOCENTE: M. Cs. Lic. Norbil H. Tejada Campos

CICLO: 2014-II

TEMA: Conductores y Aislantes eléctricos

ALUMNO: CUEVA GALVEZ GUSTAVO GIANFRANCO

Cajamarca, Diciembre de 2014

CONDUCTOR ELÉCTRICO

1. Definición

Se puede definir como conductor eléctrico aquel componente de un sistema, que ofrece poca resistencia al paso continuo de una corriente eléctrica cuando es sometido a una diferencia de potencial entre dos puntos. Un material es buen conductor si posee mayor cantidad de electrones libres (electrones no estrechamente ligados a los núcleos).

En general, toda forma de materia en estado sólido o líquido poseen cierto grado de conductividad eléctrica, pero determinados materiales son relativamente mejor conductores que otros, algunas otras sustancias tienen una conductividad tan baja que se consideran como no conductores o hablando con más propiedad, dieléctricos.

2. Clasificación

Según su aislamiento Conductores desnudos Conductores con aislación

Según la construcción del alma conductora

El alma conductora viene a ser en sí, el material conductor.

Alambre: El conductor se encuentra formado por una sola pieza

Cable: El conductor se encuentra formado por una serie de hilos conductores permitiendo gran flexibilidad.

Según el número de polos Monopolar: Conductor con una sola alma conductora

Multipolar: Conductor con dos o más almas, aisladas entre sí

En general y para nuestros fines, un conductor eléctrico consta de un filamento o alambre, de una serie de alambres cableados y/o torcidos, de material conductor, que se utiliza desnudo, o bien cubierto con material aislante. En aplicaciones donde se requieren grandes tensiones mecánicas se utilizan bronce, acero y aleaciones especiales. En aplicaciones electrónicas ultrafinas y en pequeñas cantidades, se utilizan el oro, la plata y el platino como conductores.

A continuación se presenta una tabla de la conductividad eléctrica de algunas sustancias, la conductividad eléctrica es la inversa de la resistividad, sus unidades son S/m (siemens por metro) o Ω−1·m−1

La Plata (Ag) es el metal con la conductividad eléctrica más alta, sin embargo el más utilizado en las instalaciones eléctricas es el Cobre (Cu) por su resistencia a la corrosión atmosférica y a la humedad, pero sobre todo por su abundancia en la naturaleza y porque su explotación en el ámbito minero es mucho más económico que el de la Plata

SEMICONDUCTOR ELÉCTRICO

Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla adjunta.

SUPERCONDUCTOR ELÉCTRICO

Los superconductores son unos materiales capaces de permitir el paso de la corriente eléctrica presentando una resistencia prácticamente nula. Cuando fluye corriente a través de un superconductor, no se produce ninguna pérdida de energía eléctrica.

Algunos materiales se comportan de forma extraña a muy bajas temperaturas. Estos materiales, denominados "superconductores", cuando son sometidos a una temperatura mayor que una cierta temperatura crítica (Tc, diferente para cada material) presentan alta resistencia, por lo general mucho mayor que un conductor normal y de esta manera decimos que el material se encuentra en su "estado normal". Por el contrario, por debajo de la temperatura crítica presentan un fenómeno en el cual la resistencia eléctrica disminuye rápidamente hasta llegar a cero, decimos entonces que el material se encuentra en su "estado superconductor". Otra de las propiedades que caracteriza a estos materiales es la expulsión de campo magnético en el estado de superconducción conocida más comúnmente como el Efecto Meissner. Esta última es la propiedad esencial del estado superconductor.

El efecto Meissner es una de las propiedades que definen la superconductividad y su descubrimiento sirvió para deducir que la aparición de la superconductividad es una transición de fase a un estado diferente.

La expulsión del campo magnético del material superconductor posibilita la formación de efectos curiosos, como la levitación de un imán sobre un material superconductor a baja temperatura que se muestra en la figura.

Importancia

Fundamentalmente la razón por las que estos materiales despiertan tanto interés es de índole económica. Para hacer uso de las propiedades superconductoras de un material hay que enfriarlo por debajo de una temperatura crítica. Cuanto más baja sea la temperatura a la que se deba trabajar, mayores serán los costos de refrigeración. Si para alcanzar el estado de superconductividad debe operarse a temperaturas inferiores a los 20 K, es necesario emplear helio líquido. A temperaturas más altas se puede trabajar con hidrógeno, pero por encima de 80 K se puede usar aire líquido, uno de los materiales refrigerantes más baratos que existen. Cuando se superen ciertos inconvenientes de carácter técnico, los nuevos superconductores se podrán emplear a escala industrial sin mayores costos de refrigeración.

Las aplicaciones más importantes de este fenómeno son; el uso de electroimanes superconductores para generar campos magnéticos altamente estables, útiles en los

estudios de resonancia magnética nuclear y la microscopia electrónica en alta resolución.

Otra importante aplicación, es la del uso de electroimanes superconductores para la levitación de trenes, este método tiene la ventaja de ser más rápido, silencioso, suave que el convencional tren con ruedas. La tecnología de levitación magnética tiene el potencial de superar 6.440 km/h (4.000 mph) si se realiza en un túnel al vacío. Cuando no se utiliza un túnel al vacío, la energía necesaria para la levitación no suele representar una gran parte de la

necesaria, ya que la mayoría de la energía necesaria se emplea para superar la resistencia del aire.

Tren de levitación magnética de alta velocidad.

AISLANTE ELÉCTRICO

El aislamiento eléctrico se produce cuando se cubre un elemento de una instalación eléctrica con un material que no es conductor de la electricidad, es decir, un material que resiste el paso de la corriente a través del elemento que alberga y lo mantiene en su desplazamiento a lo largo del semiconductor. Dicho material se denomina aislante eléctrico.

Lo que sucede con los aislantes eléctricos es lo contrario que los conductores, los aislantes poseen pocos electrones libres, la función que tienen los aislantes es   evitar el contacto entre las diferentes partes conductoras (aislamiento de la instalación) y proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas (aislamiento protector).

Ejemplo de aislantes eléctricos

Plástico Cuarzo Madera Mica Vidrio

Cerámica Porcelana Losa Hules Minerales

Importancia

El «aislante» perfecto para las aplicaciones eléctricas sería un material absolutamente no conductor, pero ese material no existe. Los materiales empleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente eléctrica hasta 2,5 × 1024 veces mayor que la de los buenos conductores eléctricos como la plata o el cobre.

Cinta aislante eléctrica

Anexos

Anexo 1 : Conductores eléctricos

Anexo 2: Aislantes eléctricos