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EF II. La corriente eléctrica. Los materiales conductores y aislantes de la electricidad

En el capitulo I de electricidad fácil descubrimos la composición de la materia (molécula y átomo). Vimos que la electricidad es el estudio de los fenómenos relacionados con el movimiento de los electrones.

El capítulo II de Electricidad Fácil (véase el índice del curso) trata de los materiales conductores y aislantes de la electricidad. Aprenderemos qué acción tienen estos materiales en los electrones.

Los electrones libres y la corriente eléctrica

Recordemos: los electrones son partículas con carga negativa que orbitan alrededor del núcleo del átomo. Los situados en las últimas capas del átomo se pueden desprender del él. Los llamamos por ello electrones libres.

Los electrones libres giran más alejados del núcleo del átomo; es decir, están en la última órbita. Tales son los electrones que pueden liberarse con más facilidad y dar lugar a una corriente eléctrica. Pero ¿a qué llamamos corriente eléctrica?

En Humor Amarillo —nombre que se le dió en español al programa de humor japonés El Castillo de Takeshi)— pocas pruebas aparecían en todos los episodios. Una de ellas era la prueba de las zamburguesas. El concursante debía saltar de roca en roca para cruzar una charca con fango, pero algunas rocas eran falsas. Tal trampa era la gracia de la prueba.

electrón libre saltando de átomo en átomo
Figura 1. Los electrones libres pueden saltar de átomo en átomo para formar una corriente eléctrica.

Pues bien, así como el infeliz jugador salta de roca en roca, un electrón libre puede saltar de átomo en átomo. Al desprenderse de un átomo, el electrón libre es atraído por el siguiente, donde vuelve a repetirse el salto. Y así sucesivamente hasta llegar al final.

El flujo de electrones

Cuando electrones libres recorren los átomos de un material, decimos que por ese material circula una corriente eléctrica; es decir, un flujo de electrones.

flujo de electrones
Figura 2. Hablamos de corriente eléctrica cuando los electrones libres saltan en orden de átomo a atómo.

Si tenemos un cable por el cual circula una corriente eléctrica, es vital entender que cada electrón se desplaza desde un átomo al siguiente. Así, si por un extremo entran cinco electrones nuevos, saldrán también cinco electrones por el extremo opuesto del cable. Ahora bien: esos que salen no son los mismos electrones que entraron.

Al contrario, los electrones recorren una pequeña distancia al saltar a un átomo vecino. En su salto cada electrón empuja fuera del átomo al electrón libre que allí se encontraba. Así sucesivamente. De resultas, al igual que coches atrapados en un atasco, los electrones circulan, pero han de pasar por cada átomo del material para recorrer el cable.

Por otro lado, un material dado quizá tenga electrones libres, pero no se dará en el una corriente eléctrica si estos no se mueven de forma ordenada. Además, no todos los materiales tienen electrones libres. Así las cosas, ¿podrá circular por ellos una corriente eléctrica?

¡Llegó el momento de hablar de conductores y aislantes eléctricos!

Materiales aislantes y conductores de la electricidad

Los materiales conductores de la electricidad son aquellos que tienen electrones libres suficientes para que se dé la corriente eléctrica. Estos materiales suelen llamarse conductores eléctricos a secas. ¿Qué tal si vemos algunos ejemplos?

Conductores eléctricos

El cobre es uno de los mejores conductores eléctricos, aunque es superado por otros metales como la plata. Otro buen conductor —menos bueno que el cobre— es el aluminio. A su vez, el hierro, que también conduce la electricidad, es peor conductor que el aluminio.

conductor de cobre aislado y barnizado para bobinas eléctricas de motores
El cobre es uno de los materiales que mejor conduce la electricidad

Pero ¿qué significa que un material sea mejor conductor de la electricidad que otro? Todos los materiales conductores de la electricidad oponen resistencia al paso de electrones... Solo que unos contrarrestan el fenómeno eléctrico mejor que otros.

Por ejemplo, la corriente eléctrica circula más fácilmente por un cable de cobre que por uno de aluminio —siempre que ambos sean del mismo grosor y del mismo largo—.

Algunos materiales, por otra parte, son capaces de conducir una corriente eléctrica sin apenas oponer resistencia al paso de los electrones. Ellos son los materiales superconductores de la electricidad.

Pero dejemos a un lado los conductores; hablemos de sus rivales: los aislantes.

Aislantes eléctricos

Algunas sustancias presentan pocos electrones libres. Tales materiales, de resultas, no pueden conducir bien la electricidad. Pues bien, a esos malos conductores los llamamos aislantes eléctricos.

Así como existen materiales superconductores (es decir, conductores eléctricos casi perfectos), no ocurre lo mismo con los aislantes. Todos los aislantes pueden conducir algo de electricidad, aunque sea muy poca.

Ejemplos de aislantes eléctricos son la goma, el vidrio y el plástico. Ciertos líquidos también actúan como aislante eléctrico, sin ir más lejos: el agua destilada.

En efecto, el agua destilada no conduce la electricidad; sin embargo, sí lo hace el agua potable. ¿Por qué? Lo hacen posible las sales minerales disueltas en el agua.

En el campo de la electricidad, los materiales aislantes son tan importantes como los conductores:

  1. Los conductores sirven para conducir la corriente eléctrica al lugar deseado.
  2. Los aislantes evitan que el flujo de electrones acabe en sitios inapropiados (nuestro cuerpo, por ejemplo).

Herramientas eléctricas como el martillo percutor suelen tener empuñadura de plástico. No en vano, si un cable interno tocase por accidente la carcasa, nos daría calambre. El flujo de electrones circularía por nuestro cuerpo.

Los martillos neumáticos, en cambio, sí pueden ser de metal puesto que por funcionar con aire comprimido no se da el riesgo de electrocución.

pinzas de cocodrilo de plástico
En estas pinzas de cocodrilo eléctricas tan importante es el plástico (material aislante) como el cobre (conductor).

Más adelante veremos que, aparte de los aislantes, existen otras medidas de seguridad para reducir el riesgo de electrocución, como la toma de tierra. La toma de tierra es un cable que se conecta a las partes metálicas de un aparato. En caso de contacto accidental conduce la electricidad a un lugar seguro (la tierra). Evita así que los electrones circulen por nuestro cuerpo.

Aisladores de vidrio en una torre eléctrica
Los aisladores de vidrio de las torres eléctricas evitan que la corriente circule por la torre. El vidrio es un material aislante de la electricidad.

Semiconductores

Por último, algunos materiales dejan que la corriente circule en un sentido pero no en el otro. Son los materiales semiconductores.

No hablaremos por el momento de los semiconductores. Son de suma importancia, no obstante, pues constituyen la base de la electrónica moderna.

Un ejemplo de aislante y conductor: el cable eléctrico

El cable eléctrico común está diseñado para que por su interior, y solo por su interior, circule la corriente eléctrica. Para ello combina materiales aislantes y conductores de la electricidad.

En la imagen inferior vemos una manguera eléctrica. La manguera, usada en los alargadores eléctricos enrrollables, consta de dos tipos de aislantes: 1) uno interno para cada cable que contiene y 2) una camisa o aislante externo que los abraza a todos.

Cable mangera eléctrica cobre rigido aislante y conductor
El cable eléctrico combina materiales conductores y aislantes de la electricidad.

En el cable del ejemplo, los hilos individuales azul, marrón y amarillo-verde encierran un núcleo de cobre rígido (hoy es más común el flexible). Pues bien, solo ese cobre conduce la electricidad.

Por cierto: la manguera eléctrica suele usarse en el exterior, por cuanto es más segura por ir doblemente aislada. Los cables de alta tensión, sin embargo, no están aislados, sino desnudos: solo constan de material conductor.

Resumen

Definimos la corriente eléctrica como el movimiento ordenado de los electrones libres a lo largo de los átomos de un material. Solo algunos materiales conducen bien la electricidad. En función de esta capacidad, se clasifican en materiales conductores, semiconductores o aislantes.

Todo cables eléctricos consta de un material conductor. Además, en algunos casos el cable va revestido por una o varias capas de material aislante.

Apuntes adicionales

Esta sección no es esencial para comprender el manual de electricidad básica. Se dan aquí ejemplos o información adicional acerca del tema tratado. En la unidad de hoy hablaremos de los aisladores de torres eléctricas.

Aisladores de vidrio templado

Los AVT (aisladores de vidrio templado) permiten mover corrientes eléctricas de alto voltaje sin que la electricidad salte a la torre eléctrica. Los aisladores están formados por tres partes:

  1. Disco dieléctrico: el disco es propiamente el aislante. Se fabrica con vidrio templado para mejorar su resistencia a la rotura.
  2. Herrajes metálicos: Uno de los herrajes del aislador es su caperuza de fundición. El otro es un badajo de acero forjado (más resistente a la rotura que la fundición) que forma el núcleo del aislador. Estos herrajes están revestidos con material asfáltico. La emulsión bituminosa —asfalto— protege los materiales contra la corrosión y posibilitan que el aislador dilate.
  3. Cemento Pórtland: los discos de vidrio están unidos al aislador con cemento Pórtland. El cemento no ataca el metal del aislador gracias a la pintura asfáltica.

Aisladores de porcelana

Existen asimismo aisladores eléctricos de porcelana. Una de sus ventaja es que apenas son visibles, lo que los hace menos susceptibles de recibir ataques vandálicos.

Los aisladores eléctricos de porcelana, no obstante, tienen claras desventajas frente a los de vidrio templado:

  • Por no ser transparentes impiden detectar defectos internos (grietas, roturas).
  • Se calientan más que los aisladores de vidrio (que dejan pasar los rayos solares).
  • Su estado no se puede inspeccionar ni desde helicóptero ni desde el suelo
  • Pueden perforarse si sufren un cambio de tensión eléctrica.

¡Eso es todo! En el siguiente capítulo de Electricidad Fácil veremos las cargas eléctricas.

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