Conductores y Aislantes

Cuando los humanos se quitan la ropa sintética o el suéter, especialmente en clima seco, a menudo ven una chispa o escuchan un crujido. Con ropa de mujer como un sari de poliéster, esto se observa esencialmente. Otro ejemplo es el rayo, una forma común de descarga eléctrica que se ve en el cielo durante las tormentas eléctricas, la sensación de ser una descarga eléctrica al abrir la puerta de un automóvil o al agarrar la barra de hierro de un autobús después de resbalar de nuestros asientos.  

La causa de estas sensaciones es la descarga de cargas eléctricas que se han acumulado como consecuencia del roce de superficies aislantes. Esto está relacionado con la generación de electricidad estática. Todo lo que no se mueve o cambia a través del tiempo se denomina estático. El estudio de las fuerzas, campos y potenciales provenientes de cargas estáticas se conoce como electrostática.

 Conductores 

Una barra de metal cepillada con lana en la mano no mostrará ningún signo de carga. Una varilla de metal con mango de madera o plástico, por otro lado, presenta síntomas de carga cuando se frota con lana sin tocar su sección de metal. Suponga que un extremo de un cable de cobre está conectado a una bola de médula neutra y el otro extremo está conectado a una varilla de plástico cargada negativamente. Se observa que la bola de médula adquirirá una carga negativa. Cuando se lleva a cabo un experimento comparable con un hilo de nailon o una banda elástica, no se transfiere carga de la varilla de plástico a la bola de médula. 

Algunos materiales permiten que la electricidad pase fácilmente a través de ellos, mientras que otros no. Los conductores son materiales que permiten que la electricidad fluya libremente a través de ellos. Tienen cargas eléctricas relativamente libres (electrones) dentro del material. Los conductores incluyen metales, cuerpos humanos y animales, y la tierra misma. 

Los circuitos y equipos eléctricos se benefician de la puesta a tierra como medida de seguridad. Se coloca una gran placa de metal profundamente en el suelo y se arrastran alambres gruesos; estos cables se utilizan en edificios a tierra cerca de la red eléctrica. El cableado eléctrico de nuestras casas consta de tres cables: vivo, neutro y tierra. Los dos primeros llevan corriente eléctrica desde la central eléctrica, mientras que el tercero se pone a tierra al estar conectado a la placa metálica enterrada. El cable de tierra se conecta al cuerpo metálico de equipos eléctricos como planchas eléctricas, refrigeradores y televisores. Cuando ocurre un mal funcionamiento o un cable vivo entra en contacto con el cuerpo metálico, la carga fluye hacia la tierra sin destruir el aparato ni lesionar a las personas; esto habría sido inevitable de otra manera porque el cuerpo humano es un conductor de electricidad.

Aplicaciones de conductores

Los conductores son muy útiles en una variedad de situaciones. Son útiles en una variedad de situaciones. Como ejemplo,

• El mercurio es un componente frecuente de los termómetros utilizados para medir la temperatura corporal.
• El aluminio se utiliza en la fabricación de láminas para el almacenamiento de alimentos. También se usa para hacer sartenes que pueden mantener el calor durante mucho tiempo.
• El hierro es un material conductor de calor típico que se utiliza en la producción de motores de automóviles.
• La placa de hierro está hecha de acero para absorber rápidamente el calor.
• Los conductores se utilizan en los radiadores de los automóviles para transferir el calor del motor.

Ejemplos de conductores

• La plata es el conductor de electricidad más eficaz. Sin embargo, debido a que la plata es costosa, no se usa en la industria ni para la transmisión de energía.
• El cobre, el latón, el acero, el oro y el aluminio son excelentes conductores eléctricos. En forma de cables, los usamos en circuitos y sistemas eléctricos.
• Mercurio es un gran conductor de líquidos. Como resultado, este material se utiliza en una variedad de instrumentos.
• Debido a que los átomos están tan separados, los gases son malos conductores de la electricidad. Como resultado, no pueden conducir electrones.

aisladores

La mayoría de los no metales, como el vidrio, la porcelana, el plástico, el nailon y la madera, tienen una alta resistencia a la transmisión de electricidad. Se llaman aislantes. Los aislantes son materiales que evitan que los electrones fluyan libremente de una partícula de un elemento a otra. Si se aplica una carga a dicho elemento en cualquier punto de la superficie, la carga permanece en el mismo lugar y no se propaga por toda la superficie. La carga por frotamiento (para algunos elementos, con la ayuda de materiales adecuados) y la carga por inducción son dos métodos típicos para cargar dichos componentes.

Cuando se transmite una carga a un conductor, rápidamente se carga. Dispersa por toda la superficie del conductor Si, por otro lado, algunos Cuando se aplica una carga a un aislante, permanece estacionario. Esta propiedad del material explica por qué se prefiere un peine de nailon o de plástico. Al peinar el cabello seco o acariciarlo, se electrifica, mientras que una pieza de metal no. Las cargas sobre el metal pasan a través de nuestros cuerpos hasta el suelo. Tanto la tierra como el cuerpo son conductores eléctricos. 

Aplicaciones de aisladores

• Los aisladores se utilizan en todo el mundo porque evitan el flujo de electrones. Entre las aplicaciones más comunes se encuentran:
• Los aislantes térmicos evitan que el calor se mueva de un lugar a otro. Como resultado, están acostumbrados a fabricar botellas termoplásticas. También se utilizan para paredes y techos ignífugos.
• Los aisladores de sonido son útiles para controlar los niveles de ruido ya que absorben bien el sonido. Como resultado, los empleamos para hacer que los edificios y los espacios para conferencias estén libres de ruido.
• Los aisladores eléctricos obstruyen el flujo de electrones y el flujo de corriente a través de ellos. Como resultado, los utilizamos con frecuencia en tableros de circuitos y sistemas de alto voltaje. Los hilos y cables eléctricos también están revestidos con ellos.

Ejemplos de aisladores

• Debido a su alta resistividad, el vidrio es el mejor aislante.
• El plástico es un buen aislante y se usa para hacer una variedad de artículos.
• El caucho se utiliza comúnmente en la fabricación de neumáticos, ropa resistente al fuego y calzado. Esto se debe al hecho de que es un excelente aislante.

Diferencia entre conductores y aisladores.

Conductor	aisladores
Un conductor es un material que permite que la corriente fluya libremente a través de él.	Los aisladores evitan que la corriente fluya a través de ellos.
La carga eléctrica existe en la superficie de los conductores.	Las cargas eléctricas están ausentes en el aislador.
Los conductores no almacenan energía cuando se mantienen en un campo magnético.	Los aisladores almacenan energía cuando se mantienen en un campo magnético.
La conductividad térmica (permiso de calor) de un conductor es muy alta.	Los aisladores almacenan energía cuando se mantienen en un campo magnético.
Los conductores no almacenan energía cuando se mantienen en un campo magnético.	Los aisladores almacenan energía cuando se mantienen en un campo magnético.
La conductividad térmica (permiso de calor) de un conductor es muy alta.	La conductividad térmica de un aislante es muy baja.
La resistencia de un conductor es muy baja.	La resistencia del aislador es muy alta.

Ejemplos de preguntas

Problema 1: ¿Qué quiere decir con carga por fricción?

Solución:

El método de carga por fricción incluye frotar una partícula contra otra, lo que hace que los electrones se muevan de una superficie a la siguiente. Este procedimiento se puede utilizar para cargar aisladores. 

Diferentes tipos de átomos y combinaciones de átomos forman objetos materiales. Varios artículos tienen diferentes características eléctricas debido a la existencia de diferentes átomos en ellos. La afinidad electrónica es una de estas propiedades. En pocas palabras, la afinidad electrónica es una característica que describe cuánto se preocupa una sustancia por los electrones. Si los átomos de una sustancia tienen una alta afinidad electrónica, el material también tendrá un fuerte afecto por los electrones. Como uno de los tipos más frecuentes de carga, la carga turboeléctrica, comúnmente conocida como carga por fricción o frotamiento, esta propiedad de afinidad electrónica será crucial. 

Problema 2: si 10 ⁹ electrones se mueven de un cuerpo a otro cuerpo cada segundo, ¿cuánto tiempo se requiere para obtener una carga total de 1 C en el otro cuerpo?

Solución:

En un segundo, 10 ⁹ electrones salen del cuerpo. Por lo tanto, la carga entregada en un segundo es

1,6 × 10 ^–19 × 10 ⁹ C = 1,6 × 10 ^–10 C.

Entonces se puede estimar que el tiempo requerido para acumular una carga de 1 C es

1 C / (1,6 × 10 ^–10 C/s)

= 6,25 × 10 ⁹ s = 6,25 × 10 ⁹ / (365 × 24 × 3600) años

= 198 años.

Así, para recoger una carga de un coulomb, de un cuerpo del que salen 10 ⁹ electrones cada segundo, necesitaremos aproximadamente 200 años. Un coulomb es, por lo tanto, una unidad muy grande para muchos propósitos prácticos. Sin embargo, también es importante saber cuál es aproximadamente el número de electrones contenidos en una pieza de un centímetro cúbico de material. Una pieza cúbica de cobre de 1 cm de lado contiene alrededor de 2,5 × 10 ²⁴ electrones. 

Problema 3: ¿El agua pura conduce la electricidad? Si no, ¿qué podemos hacer para que funcione?

Solución:

No, el agua pura no conduce la electricidad. Cuando la sal se disuelve en agua pura, conduce la electricidad ya que le proporciona los iones necesarios para conducir la electricidad.

Problema 4: ¿Cuánta carga positiva y negativa hay en una taza de agua?

Solución:

Supongamos que la masa de una taza de agua es de 250 g. La masa molecular del agua es de 18 g. Así, un mol (= 6,02 × 1023 moléculas) de agua son 18 g. Por lo tanto, el número de moléculas en una taza de agua es (250/18) × 6,02 × 1023. Cada molécula de agua contiene dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, es decir, 10 electrones y 10 protones. Por lo tanto, la carga positiva total y negativa total tiene la misma magnitud. es igual a

(250/18) × 6,02 × 1023 × 10 × 1,6 × 10–19 C

= 1,34 × 107 C.

Problema 5: ¿Qué es la Ley de Coulomb?

Solución:

Según la ley de Coulomb, la fuerza de atracción o repulsión entre dos cosas cargadas es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Actúa a lo largo de la línea que conecta las dos cargas que se consideran cargas puntuales.

Coulomb estudió la fuerza entre dos cargas puntuales y descubrió que es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas, directamente proporcional al producto de sus magnitudes y actuando en una línea que las conecta.