Aislantes, Conductores Y Semiconductores

Introducción

La electricidad es una forma de energía que se puede trasmitir de un punto a otro.

Todos los cuerpos presentan esta característica, que es propia de las partículas que lo forman, pero algunos la trasmiten mejor que otros.

Los cuerpos, según su capacidad de trasmisión de la corriente eléctrica, son clasificados en aisladores, conductores, semiconductores.

Los materiales aisladores son aquellos que presentan gran resistencia al paso de la corriente eléctrica, a diferencia de los conductores, en los cuales la corriente tiene una facilidad para cruzarlos. Por otra parte, los semicondutores tienen la capacidad de permitir que por ellos circule la corriente de mejor forma que la de un aislante, sin embargo, no tienen la facilidad para dejarla fluir tan provechosamente como en un conductor.

En esta investigación se dará una explicación acerca de estos materiales, así como de sus usos, aplicaciones y ejemplos de ellos.

Aislantes, conductores y semiconductores

Aislantes

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.

Los aislantes son materiales que siempre conducen algo la electricidad, pero presentan gran resistencia a que las cargas que lo forman se desplacen.

Son perfectos para las aplicaciones eléctricas y serían aún más perfectos si fueran absolutamente no conductores, pero claro ese tipo de materiales no existen.

El requerimientos de los materiales aislantes buenos involucran propiedades físicas, confiabilidad, costo, disponibilidad y adaptabilidad al uso en las maquinas.

Los aislantes más utilizados son la madera, el vidrio, el plástico, las resinas sintéticas y la porcelana.

Propiedades Eléctricas:

*Resistividad eléctrica: Es la resistencia eléctrica al flujo de la corriente a través de él. Su valor debe ser muy alto. Resistividad es lo inverso a Conductividad.

*Rigidez dieléctrica: La rigidez dieléctrica es el máximo voltaje que el material puede soportar antes de que una ruptura ocurra. Este valor especificado como kV/mm, debe ser muy alto, aun para películas muy pequeñas.

Aplicaciones

Los aislantes son utilizados para separar conductores eléctricos evitando un cortocircuito y para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas eléctricos que de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensión pueden producir una descarga.

Mantienen funcionando correctamente a los aparatos electrónicos en un amplio espectro, desde los aislantes microscópicos utilizados para evitar que las señales se interfieran en un circuito integrado de una computadora a los aislantes de servicio pesado utilizado para colgar líneas de energía eléctrica de elevado voltaje sobre la tierra. Dependiendo de cómo sean empleados, los aislantes eléctricos varían en tamaño y composición.

Algunas de sus aplicaciones más comunes son:

*En los circuitos eléctricos normales suelen usarse plásticos como revestimiento aislante para los cables. Los cables muy finos, como los empleados en las bobinas (por ejemplo, en un transformador), pueden aislarse con una capa delgada de barniz.

*El aislamiento interno de los equipos eléctricos puede efectuarse con mica o mediante fibras de vidrio con un aglutinador plástico.

*En los equipos electrónicos y transformadores se emplea en ocasiones un papel especial para aplicaciones eléctricas.

*Las líneas de alta tensión se aíslan con vidrio, porcelana u otro material cerámico.

Clasificación de materiales aislantes

Se clasifican de acuerdo a dos formas: a) De acuerdo a substancia y materiales, b) De acuerdo a su temperatura.

a) Clasificación de materiales aislantes de acuerdo a substancia y materiales.

1. Materiales aislantes sólidos (Inorgánicos y orgánicos): Mica, madera, vidrio, porcelana, goma, algodón, seda, rayón, terileno, papel y celulosa, etc.

2. Materiales aislantes líquidos: Aceites minerales de hidrocarburos refinados, aceite de linaza, barnices sintéticos y espirituosos.

3. Materiales aislantes gaseosos: Aire seco, Dióxido de Carbono, Argón, Nitrógeno, etc.

b) Clasificación de materiales aislantes de acuerdo a su temperatura:

Los materiales aislantes son clasificados principalmente de acuerdo a su límite térmico. Mientras más alta es la temperatura, más alto será el rango de su degradación térmica, por lo tanto, más baja será su vida útil. Si se espera una vida de aislamiento larga razonable, su temperatura de operación debe ser mantenida baja. Entonces es necesario determinar los límites de temperatura para el aislamiento, que asegurara operación segura a través de la duración de su expectativa de vida.

Los materiales aislantes se agrupan en diferentes clases:

*Clase Y: 90º C Papel, algodón, seda, goma natural, Cloruro de Polivinilo, sin impregnación. *Clase A: 105º C Igual a la clase Y pero impregnado, más nylon. *Clase E: 120º C Polietileno de teraftalato (fibra de terileno, film melinex) triacetato de celulosa. Enamel-acetato-polivinilo. *Clase B: 130º C Mica, fibra de vidrio, asbestos bituminizados, baquelita, enamel de poliéster. *Clase F: 155º C Como los de la clase B pero con alkyd y resinas basadas en epoxy, poliuretano. *Clase H: 180º C Como los de clase B con aglutinante resinoso de siliconas, goma siliconada poliamida aromática (papel nomex y fibra), film de poliamida (enamel, barniz y film) y enamel de estermida. *Clase C: >180º C Como la clase B pero con aglutinantes inorgánicos apropiados (Teflón, Mica, Mecanita, Vidrio, Cerámicos, Politetrafluoroetileno).

Conductores

Son materiales a través de los cuales puede fluir la corriente eléctrica. Son elementos que contienen electrones libres en su interior por lo que facilitan el desplazamiento de las cargas en el material. Los mejores conductores eléctricos son los metales y sus aleaciones.

Podemos denominar material conductor a cualquier sustancia o material que sometido a una diferencia de potencial eléctrico proporciona un paso continuo de corriente eléctrica.

A los conductores, además de los metales, pertenecen el carbón, las soluciones salinas, los ácidos, los álcalis, los organismos vivos y otros muchos cuerpos y substancias.

Son cuatro los principales factores que deben ser considerados en la selección de conductores:

*Materiales.

*Flexibilidad.

*Forma.

*Dimensiones.

Materiales

Para que un material que transporte electricidad sea asequible, debe ser barato y buen conductor eléctrico, por lo cual el cobre es ideal ya que reúne esas dos características. Por ello es el conductor más usado.

El aluminio es también usado ocasionalmente con esa finalidad, pero no es tan buen conductor como el cobre, aunque las características de bajo peso y menor costo del aluminio, han dado lugar a un amplio uso tanto para conductores desnudos como aislados.

En situaciones en las que el coste no es una objeción, como en los satélites espaciales, en los circuitos eléctricos se usa el oro y la plata porque son ligeramente mejores conductores que el cobre, aunque son mucho más caros.

Flexibilidad

La flexibilidad de un conductor se logra de dos maneras: recociendo el material para suavizarlo o aumentando el número de hebras que lo forman.

La operación de reunir varios conductores se denomina cableado y da lugar a diferentes flexibilidades, de acuerdo con el número de hebras que lo forman, el peso o longitud del torcido de agrupación y el tipo de cable.

Forma

Los conductores pueden tener varias configuraciones.

*El conductor circular compacto: en este tipo de conductor, las hebras que lo constituyen tienen diferentes secciones, de modo de aprovechar mejor el espacio. Con esta construcción, se obtiene un conductor de menor diámetro y peso, que un conductor concéntrico, comparando una misma sección de cobre. Esto significa estructuras más livianas en tendidos aéreos o ductos de menor diámetro en tendido subterráneo.

*El conductor sectorial: en este tipo de conductor las hebras se agrupan para ocupar un sector circular equivalente a un tercio de circunferencia. Esta forma de construcción se emplea en la fabricación de cables trifásicos.

*El cable anular: consiste en alambres trenzados helicoidalmente, en capas concéntricas, sobre un núcleo que puede ser una hélice metálica.

*El conductor segmental: este conductor está formado por tres o cuatro segmentos, aislados entre sí por una delgada capa de aislante, todo trenzado en conducto. Los segmentos se conectan en paralelo.

Tiene algunas ventajas en el orden dimensional, ya que se consigue una sección menor y más económica que los conductores anulares.

Comparando

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