Identificación materiales

dieléctricos y conductores

Constante dieléctrica

Dieléctrico es aquel material mal conductor de electricidad. Algunos ejemplos de este tipo de materiales son el vidrio, la cerámica, la goma, la mica, el papel, la madera seca, la porcelana.

Si entre las placas de un condensador plano introducimos un dieléctrico, el campo eléctrico, y por tanto la diferencia de potencial disminuyen como consecuencia de la polarización en su interior. Al factor de disminución se le llama constante dieléctrica (k), y es un número adimensional característico de cada material.

Constante dieléctrica de algunos materiales

Propiedades eléctricas de los conductores

Las principales propiedades y características de los materiales conductores son: Conductividad eléctrica, resistividad.

La conductividad eléctrica es una propiedad vinculada a la corriente eléctrica que puede fluir por un material cuando éste está sometido a un campo eléctrico. La resistividad es la medida de la fuerza con que un material se opone al flujo de una corriente eléctrica. Coeficiente de resistividad Conductividad térmica.Factor que determinan el régimen de transmisión de calor a través de un sólido.

Fuerza electromotriz.Fuerza electromotriz que se genera en circuitos formadospor dos conductores de distintos materiales a y b cuando los correspondientespuntos de unión 1 y 2 se encuentran a diferentes temperaturas.

Los metales funcionan como buenos conductores eléctricos, éstos pierden fácilmente electrones de la capa exterior de sus átomos, y los electrones se mueven alrededor libremente, los electrones libres ayudan a que los metales sean buenos conductores.

Conductores iónicos

Materiales que presentan conductividad. Iones con carga positiva y negativa que transporta la corriente. Este

transporte de material altera la composición y conlleva a reacciones químicas en el material, realizando así procesos electroquímicos.

Este tipo de conductividad se encuentra en algunos sólidos (sales especiales), sales fundidas, soluciones salinas y gases ionizados (plasmas).

El líquido que hay dentro de las baterías es un buen conductor iónico y es a través de él circulan los iones desprendidos de uno de los polos para llegar al otro polo.

Análisis de la corriente eléctrica.

Intensidad de corriente eléctrica

La intensidad de corriente es la cantidad de carga eléctrica que pasa a través del conductor por unidad de tiempo.

I=

Donde:I= intensidad de corriente eléctrica (A)Q= Carga (C)= tiempo

La intensidad permanece constante, utilizando incrementos finitos de tiempo. Por el contrario, si la intensidad es variable la fórmula anterior nos dará el valor de la intensidad media en el intervalo de tiempo considerado.

Ley de Ohm

La Ley de Ohm se enuncia: la corriente en amperes de un circuito es igual al voltaje aplicado dividida por la resistencia

I=

Una de las leyes fundamentales de los circuitos eléctricos se derivo de los experimentos efectuados por George Simon Ohm, científico y filósofo alemán, en el siglo XIX.

Donde:I= Intensidad de Corriente en amperes (A)V= Diferencia de Potencial (volts)R= resistencia en ohm (Ω)

Dicha ley significa que:Al aumentar el voltaje – la corriente aumentaAl disminuir el voltaje – la corriente disminuyeAl aumentar la resistencia – la corriente disminuyeAl disminuir la resistencia – la corriente aumenta

Resistividad

 ρ= Donde:ρ= Resistividad (ohmios-metro Ω·m)

A= área transversal (m2)l = longitud del material (m)R= resistencia eléctrica (Ω)

El inverso de la resistividad es la conductividad (σ) σ =

Es la característica propia de un material, indica que tanto se opone el material al paso de la corriente.

Los valores de resistividad de algunos materiales a 23

°C son

• La resistividad de los metales aumenta al aumentar la temperatura, al contrario de los semiconductores en donde este valor disminuye.

En este caso:ρt= ρ20°C [ 1+ α (t -20)]

Donde: α = coeficiente de temperatura a 20°C

 

• Para el cálculo de la Resistencia para otra temperatura:

Rt = R0[1+α(t-20)]

Rt = Resistencia a temperatura tR0 = Resistencia a la temperatura de referencia de 20°Cα = Coeficiente de temperatura a 20 °CΔt = t - 20 = Elevación de temperatura en °C

Potencia eléctrica y efecto joule.

Se llama Potencia eléctrica a la rapidez a la que se realiza un trabajo, cuando una carga se mueve en un circuito; es decir potencia es la rapidez con la que se produce la energía mecánica, calor o luz.

La Ley de Watt enuncia “La potencia eléctrica es directamente proporcional al producto de la corriente y la diferencia de potencial a través de un circuito.”

P= I VDonde:P= Potencia (w)I= Corriente (Amp)V= diferencia de potencial (volts)

El watt es la unidad de Potencia eléctrica en el sistema internacional; el watt se obtiene cuando se desarrolla un joule de trabajo en un tiempo.

w=La rapidez con la cual se disipa el calor en un circuito eléctrico se denomina potencia consumida o disipada.

P = I2 R

Superconductividad.

Se denomina superconductividad a la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica sin resistencia ni pérdida de energía en determinadas condiciones.

Características de un superconductor.

Son dos las características que definen a un superconductor, una que ya la vimos es su resistencia cero (Fig. 1) o conductividad infinita y la otra que el campo magnético inducido es cero (Fig. 2) dentro de un superconductor cuando este es enfriado por debajo de su temperatura crítica en un débil campo magnético externo (el flujo magnético es expedido del superconductor). Este efecto es llamado Meissner-Ochsenfel y es el que permite que los imanes leviten sobre un superconductor.

Superconductividad

Clasificación de los superconductores

Superconductores de tipo I: son los que tienen un único campo magnético crítico , y pasan bruscamente del estado superconductor al normal.Superconductores de tipo II: son aquellos en los que se pueden considerar dos campos magnéticos críticos, y , estando plenamente en el estado superconductor para un campo magnético externo por debajo de y en el estado normal por encima de , hallándose en un estado mixto cuando el campo magnético se halla entre ambos.

Elementos puros (si bien no todos los elementos puros alcanzan el estado superconductor), la mayoría de los superconductores que son elementos puros son de tipo I, con la excepción del niobio, el tecnecio, el vanadio y las estructuras de carbono que se mencionan más abajo.Aleaciones, como por ejemplo El NbTi (niobio-titanio) cuya propiedad superconductora se descubrió en 1962.El AuIn (oro-indio), un superconductor descubierto en 1997.El URhGe (aleación de uranio, rodio y germanio), del cual se descubrió en 2005 que sigue siendo superconductor incluso a elevados campos magnéticos (si bien su temperatura crítica es muy baja, unos 0.28 °K).

Materiales superconductores