Conductores, aislantes y semiconductores

Los conductores son todos los materiales o elementos que permiten que los atraviese la corriente o de cargas eléctricas en movimiento.

Cuando se aplica una diferencia de potencial a los extremos de un trozo de metal, se establece de inmediato un flujo de corriente, pues los electrones o cargas eléctricas de los átomos que forman las moléculas del metal, comienzan a moverse de inmediato empujados por la presión que sobre ellos ejerce la tensión o voltaje. El núcleo de los átomos de cualquier elemento que forman todos los cuerpos sólidos, líquidos y gaseosos se encuentran rodeados por una nube de electrones que giran su alrededor, distribuidos en una o en varias órbitas, o niveles de energía. La última de esas capas se denomina “banda de valencia” y es donde giran los electrones que en unos casos el átomo puede cederlos, como ocurre con los metales y en otros casos puede atraer o captar de la banda de valencia de otros átomos cercanos. La banda de valencia es el nivel de energía que determina que un cuerpo se comporte como conductor, aislante o semiconductor.

En el caso de los metales en la última órbita o “banda de valencia” de sus átomos sólo giran entre uno y tres electrones como máximo, por lo que su tendencia es cederlos cuando los excitamos empleando métodos físicos o químicos.

En general la mayoría de los elementos metálicos poseen conductividad eléctrica, es decir, se comportan como conductores de la electricidad en mayor o menor medida. Los que poseen un solo electrón, son los que conducen la corriente eléctrica con mayor facilidad.

En los conductores eléctricos las bandas de energía, formadas por la banda de conducción y la banda de valencia del elemento metálico, se superponen facilitando que los electrones puedan saltar desde la última órbita de un átomo a la de otro de los que integran también las moléculas del propio metal. Es por eso que cuando se aplica corriente eléctrica a un circuito formado por conductores de cobre, por ejemplo, los electrones fluyen con facilidad por todo el cuerpo metálico del alambre que integra el cable.

Conductores eléctricos

A diferencia de los cuerpos metálicos buenos conductores de la corriente eléctrica, existen otros como el aire, la porcelana, el cristal, la mica, la ebonita, las resinas sintéticas, los plásticos, entre otros, que ofrecen una alta resistencia al paso de la corriente eléctrica. Esos materiales se conocen como aislantes o dieléctricos.

Al contrario de lo que ocurre con los átomos de los metales, que ceden sus electrones con facilidad y conducen bien la corriente eléctrica, los de los elementos aislantes poseen entre cinco y siete electrones fuertemente ligados a su última órbita, lo que les impide cederlos. Esa característica los convierte en malos conductores de la electricidad, o no la conducen en absoluto.

En los materiales aislantes, la banda de conducción se encuentra prácticamente vacía de electrones, mientras que la banda de valencia está completamente llena de éstos.

Como ya conocemos, en medio de esas dos bandas se encuentra la “banda prohibida”, cuya misión es impedir que los electrones de valencia, situados en la última órbita del átomo, se exciten y salten a la banda de conducción.

La energía propia de los electrones de valencia equivale a unos 0,03 eV (electronvolt) aproximadamente, cifra muy por debajo de los 6 a 10 eV de energía de salto de banda (Eg) que requerirían poseer los electrones para atravesar el ancho de la banda prohibida en los materiales aislantes.

El vidrio es un excelente aislante.

Los dieléctricos expuestos a determinados niveles de potencial eléctrico puede producirse un fenómeno conocido como ruptura dieléctrica y volverse conductores. Este fenómeno se puede ver en una tormenta, la diferencia de potencial entre las nubes, o entre la nube y la tierra es tan grande que genera la ruptura dieléctrica del aire, creando así un camino conductor donde se ve el relámpago o rayo, el trueno que luego se oye es el sonido de la ruptura; se escucha después de verse el rayo raro que la luz viaja mucho más rápido que el sonido.

Ruptura dieléctrica del aire. (Rayo).

Los semiconductores son los elementos que se comportan como un conductor o como aislante dependiendo de algunos factores, como el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre, entre otros factores. Uno de los semiconductores más usados es el Silicio, o el Germanio.

El Silicio es utilizado comúnmente en circuitos integrados por su capacidad dieléctrica.