MATERIALES CONDUCTORES DE LA ELECTRICIDAD
Desde el punto de vista de la conductividad eléctrica podemos clasificar los materiales en conductores, aislantes y semiconductores. Para entender esta clasificación, y como asunto previo y necesario para adentrarnos en la electrónica, repasaremos brevemente la estructura atómica de los materiales y la influencia que esto tendrá sobre el grado de conductividad.
Para estudiar este aspecto emplearemos el modelo atómico de Bohr que, aunque superado por otros modelos, sirve como referencia para el estudio de este tema.
Lo que se propone es este modelo es que los átomos que forman la materia están compuestos por un núcleo y una corteza. En el núcleo habitan las cargas positivas o protones y los neutrones, que ejercen una función de aglutinante nuclear e impiden que las fuerzas de repulsión entre cargas del mismo signo consigan la desintegración del núcleo.
En la corteza están las cargas negativas o electrones. Los electrones están alejados del núcleo y en constante movimiento alrededor de su órbita, de manera que el efecto centrífugo impide que sean atraídos por el núcleo, que como se ha dicho es positivo con relación a su entorno.
Según Bohr los electrones solo pueden moverse dentro de una órbita concreta y con unos niveles de energía determinados. Dentro de estos niveles de energía se pueden establecer distintas órbitas, pero hasta que no se completa un nivel de energía no puede iniciar la construcción de otro superior. Así tenemos que para un átomo de hidrógeno (H) existirá una órbita con un electrón. El helio (He) tendría dos electrones en ese primer nivel. Pero para el siguiente elemento (litio) el primer nivel estaría lleno y no se podría colocar en él ningún electrón más, por lo que aparecería un segundo nivel con dos órbitas; en la primera se colocaría el tercer electrón que forma parte del litiio (Li).
En la imagen se puede ver como se estructuraría el átomo del Cobre según este modelo. Los diferentes estratos se van llenando progresivamente (el primero con una órbita y dos electrones, el segundo con dos órbitas, una con dos electrones y otra exterior con seis, un tercer estrato con tres órbitas con dos, seis y diez electrones y un último estrato con una órbita con un solo electrón)
Aceptamos que la estructura atómica de los diferentes elemento se organiza del mismo modo, aunque con diferente número de electrones.
Desde el punto de vista de la conducción eléctrica, lo relevante es el número de electrones de la última capa y el número de capas. En la siguiente imagen se ve un esquema de las capas en tres dimensiones del átomo de Cobre (Cu) y del átomo de Plata (Ag)
La característica común es que en la última capa tienen un solo electrón y lo que les diferencia es que en el caso de la plata existe una capa más que el el cobre.
A los electrones de la última capa, por ser los encargados de la conducción eléctrica se les denomina así; electrones de conducción. La fuerzas de atracción que ejerce el núcleo sobre estos electrones será menor cuanto más separados estén el núcleo de los electrones; podemos afirmar que estos dos materiales son buenos conductores de la electricidad por tener un solo electrón el la última capa y además que la plata es mejor conductor que el cobre por tener su electrón de conducción más alejado del núcleo.
Mientras no se aplica una fuerza que ordene el movimiento de los electrones de conducción estos se desplazan desordenadamente por el metal, pero cuando se aplica una tensión, los electrones de conducción se dirigen hacia el polo positivo del generador con el que aplicamos la tensión. Cuanto mayor sea el número de electrones de conducción, mejor será la conductividad del material.
Pasa lo contrario con los aislantes; sus últimas capas están completas de electrones la movilidad de estos es prácticamente nula fuera de las órbitas establecidas.
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