Materiales aislantes

 Los materiales aislantes o malos conductores de la electricidad, también llamados dieléctricos, sólo se electrizan en los puntos donde hacen contacto con un cuerpo cargado, o bien en la parte frotada. En general, los materiales son aislantes si al electrizarlos por frotamiento y sujetarlos con la mano, conservan su carga aún estando conectados con el suelo por medio de algún cuerpo.

Una de sus características es es  que prácticamente no conducen la corriente eléctrica. Sus características eléctricas (resistividad al arco voltaico, a descargas superficiales, constante dieléctrica, etc.), están definidas en las normas.
Otras características son:

• No ser inflamables.
• No deben ser higroscópicos, es decir no absorber agua (humedad).
• Ser resistentes al calor, es decir poder alcanzar determinadas temperaturas sin deformarse.

Material conductor

Una propiedad común a prácticamente todos los materiales, es la de permitir, en algún grado, la conducción de la corriente eléctrica, pero así como algunos materiales son buenos conductores, otros son malos conductores de dicha corriente.

Desde este punto de vista, los materiales pueden clasificarse en conductores y no conductores.

Se denomina aislante eléctrico al material con escasa conductividad eléctrica. Aunque no existen cuerpos absolutamente aislantes o conductores, sino mejores o peores conductores, son materiales muy utilizados para evitar cortocircuitos, forrando con ellos los conductores eléctricos, para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas eléctricos que, de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensión, pueden producir una descarga, y para confeccionar aisladores, elementos utilizados en las redes de distribución eléctrica para fijar los conductores a sus soportes sin que haya contacto eléctrico. Los más frecuentemente utilizados son los materiales plásticos y las cerámicas.

El comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que se establece entre las bandas de valencia y conducción que dificulta la existencia de electrones libres capaces de conducir la electricidad a través del material (para más detalles ver semiconductor).Un material aislante de la electricidad tiene una resistencia teóricamente infinita. Algunos materiales, como el aire o el agua, son aislantes bajo ciertas condiciones pero no para otras. El aire, por ejemplo, aislante a temperatura ambiente y bajo condiciones de frecuencia de la señal y potencia relativamente bajas, puede convertirse en conductor.

Un material es conductor cuando puede desempeñar esa función en un circuito, independiente del valor de su conductividad.

Los conductores en general pueden clasificarse en: metálicos, electrolíticos y gaseosos.

Las Principales propiedades y características de los materiales conductores son:

1.   Conductividad eléctrica (Resistividad eléctrica).
2. Coeficiente térmico de resistividad.
3. Conductividad térmica.
4. Fuerza electromotriz.
5. Resistencia mecánica.

Materiales semiconductores

Los semiconductores son materiales cuya conductancia eléctrica puede ser controlada de forma permanente o dinámica variando su estado desde conductor a aislante

Debido a su uso en dispositivos tales como los transistores (y por tanto en computadoras) y en los láseres, la búsqueda de nuevos materiales semiconductores y la mejora de los materiales existentes es un importante campo de estudio en la ciencia de materiales.

Unos de los materiales semiconductores son:

El silicio es un elemento químico metaloide, numero atómico  14 y situado en el grupo 14 de la tabla periódica de los elementos  formando parte de la familia de los carbono ideos  de símbolo Si. es un material semiconductor muy abundante, tiene un interés especial en la industria electrónica  y microelectrónica como material básico para la creación de obleas o chips que se pueden implantar en transistores, pilas solares y una gran variedad de circuitos electrónicos.

El germanio es un elemento químico con numero atómico 32, y símbolo Ge perteneciente al grupo 4 de la tabla periódica de los elementos. Electrónica: radares y amplificadores de guitarras eléctricas usados por músicos nostálgicos del sonido de la primera época del rock and roll; aleaciones Si Ge en circuitos integrados de alta velocidad. También se utilizan compuestos sándwich Si/Ge para aumentar la movilidad de los electrones en el silicio (streched silicón).

CONDUCTORES

Un conductor eléctrico es aquel cuerpo que puesto en contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite ésta a todos los puntos de su superficie. Generalmente elementos, aleaciones o compuestos con electrones libres que permiten el movimiento de cargas.

Los elementos capaces de conducir la electricidad cuando son sometidos a una diferencia de potencial eléctrico más comunes son los metales, siendo el cobre el mas usado de entre todos ellos, otro metal utilizado es el aluminio y en aplicaciones especiales, debido a su baja resistividad y dureza a la corrosión, se usa el oro. Aunque todos los metales son conductores electricos existen otros materiales, no metálicos, que también poseen la propiedad de conducir la electricidad como son el grafito, las soluciones salinas (p.e. el agua de mar) y cualquier material en estado de plasma.
CARACTERISTICAS
Para que un material se considere buen conductor se requiere que posea una baja resistencia o resistividad para evitar elevadas caídas de tensión y pérdidas desmedidas por el Efecto Joule.

Para el transporte de la energía eléctrica, así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, el metal empleado universalmente es el cobre en forma de cables de uno o varios hilos. Alternativamente se emplea el aluminio, metal que si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del 60% de la del cobre es, sin embargo, un material mucho más ligero, lo que favorece su empleo en líneas de transmisión de energía eléctrica.

ELECTRONES DE VALENCIA

Un conductor es un material que, en mayor o menor medida, conduce el calor y la electricidad. Son buenos conductores los metales y malos, el vidrio, la madera, la lana y el aire.

NOTA: Definimos la unidad de carga +1 como +1,6·10^-19 culombios. Así un electrón tiene una carga -1 equivalente a -1,6·10^-19 culombios.

El conductor más utilizado y el que ahora analizaremos es el Cobre (valencia 1), que es un buen conductor. Su estructura atómica la vemos en la siguiente figura.

Su número atómico es 29. Esto significa que en el núcleo hay 29 protones (cargas positivas) y girando alrededor de él hay 29 electrones girando en diferentes órbitas.

En cada órbita caben 2n² siendo n un número entero n = 1, 2, 3, ... Así en la primera órbita (n = 1) caben 212 = 2 electrones. En la segunda órbita 2·2² = 8 electrones. En la tercera órbita 2·3² = 18 electrones. Y la cuarta órbita solo tiene 1 electrón aunque en ella caben 2·4² = 32 electrones.

Lo que  interesa en electrónica es la órbita exterior, que es la que determina las propiedades del átomo. Como hay + 29 y - 28, queda con + 1.

SEMICONDUCTORES

Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como 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.

Elemento	Grupos	Electrones en la última capa
Cd	12	2 e-
Al, Ga, B, In	13	3 e-
Si, C, Ge	14	4 e-
P, As, Sb	15	5 e-
Se, Te, (S)	16	6 e-

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.

En un lugar entre estos dos casos se encuentran los materiales semiconductores. Los más conocidos y utilizados son el germanio(Ge) y el silicio(Si), los materiales que estén fabricados con Ge o Si darán 50 veces más resistencia que los conductores, pero a su ves y más aislantes que los que no son conductores. Entonces los semiconductores son malos conductores, pero al mismo tiempo son malos aislantes.