Materiales conductores y aislantes

MATERIALES CONDUCTORES Y AISLANTES
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA Y MEDIO AMBIENTE
MATERIALES ELECTRICOS
2003
INTRODUCCIÓN
En este trabajo se aborda el estudio de los materiales conductores y aislantes de la energía eléctrica, que se
caracterizan por el movimiento de electrones libres en sus átomos.
De acuerdo con la teoría moderna de la materia (comprobada por resultados experimentales), los átomos de la
materia están constituidos por un núcleo cargado positivamente, alrededor del cual giran a gran velocidad
cargas eléctricas negativas. Estas cargas negativas, los electrones, son indivisibles e idénticas para toda la
materia.
En los elementos llamados conductores, algunos de estos electrones pueden pasar libremente de un átomo a
otro cuando se aplica una diferencia de potencial (o tensión eléctrica) entre los extremos del conductor.
A este movimiento de electrones es a lo que se llama corriente eléctrica. Algunos materiales, principalmente
los metales, tienen un gran número de electrones libres que pueden moverse a través del material. Estos
materiales tienen la facilidad de transmitir carga de un objeto a otro estos son los antes mencionados
conductores.
Los mejores conductores son los elementos metálicos, especialmente la plata (es el más conductor), el cobre,
el aluminio, etc.
Los materiales aislantes tienen la función de evitar el contacto entre las diferentes partes conductoras
(aislamiento de la instalación) y proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas (aislamiento
protector).
La mayoría de los no metales son apropiados para esto pues tienen resistividades muy grandes. Esto se debe a
la ausencia de electrones libres.
Los materiales aislantes deben tener una resistencia muy elevada, requisito del que pueden deducirse las
demás características necesarias.
En los materiales no conductores de la electricidad, o aislantes, los electrones están sólidamente unidos al
núcleo y es difícil arrancarlos de átomo.
Por este motivo, comparándolos con los conductores, se requiere una diferencia de potencial relativamente
alta para separar algunos electrones del átomo, y la corriente que se obtiene es prácticamente nula.
Este es un material que se resiste al flujo de carga, algunos ejemplos de aislante son la ebonita, el plástico la
mica, la baquelita, el azufre y el aire; Buenos aislantes ó no conductores, son: los aceites, el vidrio, la seda, el
papel, algodón, etc.
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CONTENIDO
• MATERIALES CONDUCTORES DE LA CORRIENTE
• COBRE:
• ALUMINIO:
• AIRE IONIZADO:
• AGUA:
2. MATERIALES AILADORES DE LA CORRIENTE:
2.1 PORCELANA:
2.2 VIDRIO:
2.4 AIRE:
2.5 EXAFLUORURO DE AZUFRE:
CUADRO COMPARATIVO
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFÍA
TEMATICA
1. MATERIALES CONDUCTORES DE LA CORRIENTE
• COBRE:
Símbolo: Cu.
Densidad: 8.9 Kg/dm3
Resistencia Especifica : 0.0178
Conductividad: 56
Punto de Fusión: 1085 °C
Propiedades: El cobre es, después de la plata, el metal que tiene mayor conductividad eléctrica; las impurezas,
incluso en pequeña cantidad, reducen notablemente dicha conductividad. También después de la plata el cobre
es el metal que mejor conduce el calor. No es atacado por el aire seco; en presencia del aire húmedo, se forma
una platina (Carbonato de Cobre), que es una capa estanca, que protege el cobre de posteriores ataques.
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Aplicaciones: El cobre puro, con un grado de pureza del 99.9%, se fábrica generalmente por procedimientos
electrolíticos. Su denominación normalizada es KE−CU (Cobre Catódico). Industrialmente, solo se emplea
como material conductor cobre electrolítico.
El cobre Electrolítico se emplea en electrotecnia especialmente como material conductor para líneas eléctricas
y colectores y como material de contacto en interruptores de alta tensión. Se utiliza también, por su elevada
conductividad térmica, por ejemplo en equipos de soldadura, tubos de refrigeración y superficies de
refrigeración de semiconductores. Además, el cobre electrolítico es un componente importante de las
aleaciones de cobre.
• ALUMINIO:
Símbolo: Al.
Densidad: 2.7 Kg/dm3
Resistencia Especifica : 0.0278
Conductividad: 36
Punto de Fusión: 658 °C
Propiedades: El aluminio presenta buena conductivita eléctrica y es también buen conductor del calor. Es fácil
de conformar por laminado y estirado. Su resistencia es ala tracción, modelando, es de 90 a 120 N/mm2 y
laminado en caliente de 130 a 200 N/mm2. A la inversa, el alargamiento, varía entre 35 y 3%. El aluminio se
puede alear fácilmente con otros metales. Sometido a la acción del aire, se cubre de una capa de óxido, que
debido a su estanqueidad protege de oxidación ulterior al metal situado bajo la misma, por lo que el aluminio
es resistente a la corrosión. El aluminio se puede estañar y soldar. Como material conductor se emplea
exclusivamente aluminio puro (99,5 % Al). El aluminio purísimo (Krayal) contiene 99,99999 % Al: su
conductividad aumenta al bajar su temperatura, hasta , a 4,2 K.
Aplicaciones: El aluminio puro se emplea, debido a su resistencia a la corrosión y a su baja densidad, para
revestimientos de cables. Su buena deformabilidad lo hace apropiado para láminas de condensadores, su
buena colabilidad para jaulas de rotores y su buena conductividad para líneas aéreas.
• AIRE IONIZADO:
• AGUA:
Compuesto de hidrógeno y oxígeno, de fórmula H2O. Líquido incoloro, inodoro e insípido, esencial para la
vida de los animales y plantas, de los que entra a formar parte. Muy abundante en la naturaleza, no se
encuentra en la misma en estado puro, sino con gran variedad de sales minerales disueltas. Sus puntos de
fusión (0ºC) y ebullición (100ºC) son la base de las distintas escalas de temperatura.
2. MATERIALES AILADORES DE LA CORRIENTE:
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2.1 PORCELANA:
Densidad: 2,3...2,6 Kg/dm3
ðr: 6...6
ðð ððððððððððð
Tan ð ð,ðððððððð
Ed: 35 kV/mm (Porcelana dura tipo 110)
Resist. Tracción: 3000... 4000 N/cm2
Resist. Compres.: 40 000... 50 000 N/cm2
La porcelana se fabrica a base de Caolín (47% SIO2, 30% Al2O3, 14% H2O), al que se mezclan feldespato y
cuarzo. Según la composición y la temperatura de sinterizado se distinguen diferentes clases de porcelana.
Las porcelanas duras, empleadas principalmente para aisladores de alta tensión, se sinterizan a temperaturas
elevadas (1400 a 1450 °C).
La porcelana es frágil y su resistencia a la tracción y a la flexión es pequeña. Sin embargo, es un buen aislante
del calor y de la electricidad y presenta una gran resistencia contra los ataques químicos.
2.2 VIDRIO:
Densidad: 2,3...2,5 Kg/dm3
ðr: 4...8
ðð ððððððððððð
Tan ð ð,ððððððððððð
Ed: 10...40 kV/mm
Como materias primas para la fabricación de los vidrios corrientes para ventanas y botellas se utilizan la arena
de cuarzo (SiO2), polvo de piedra caliza (CaCo3) y sosa (Na2CO3) en lugar de sosa, se obtienen vidrios
difíciles de fundir. Para distinguirlo de los vidrios a base de plástico, el vidrio a base de cuarzo se denomina
vidrio de silicato o silicio. El vidrio es transparente, e incoloro, furo y frágil. Pierde sus propiedades aislantes
para temperaturas superiores a 300 °C.
El vidrio se emplea para lámparas de incandescencia, válvulas electrónicas, aisladores y recipientes resistentes
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a los ácidos, para acumuladores de plomo fijos.
A partir del estado líquido, el vidrio se puede estirar en forma de finas fibras, que a su vez se pueden hilar,
dando como resultado la lana de vidrio, que se puede transformar en tejido. Los fabricados a base de lana de
vidrio se emplean para el aislamiento de conductores devanados que se deban someter a elevadas
temperaturas de servicio.
2.3 ACEITE:
Densidad: 0,86 Kg/dm3
Viscosidad: 6 ° E (Engler) a +20°C
ðr: 2...2,4
ðð
Tan ð ð,ððð
Ed: Hasta 20 kV/mm
Punto de Solidificación inf. a − 30°C Punto inflam. sup. a 150°C
Los aceites aislantes, al igual que las masas para fusión e impregnación, tienen por objeto mejorar el
aislamiento y llenar posibles huecos. No deben atacar a los materiales aislantes impregnados (papel, Tejidos)
y deben impregnar a su vez aquellos materiales aislantes que presenten huecos protegiéndolos así de la
humedad.
Como aceites aislantes se emplean principalmente destilados del petróleo, cuya purificación (refino) se debe
efectuar con todo cuidado, especialmente en lo que se refiera al azufre, productos capaces de dar lugar a
cenizas y a gases.
2.4 AIRE:
El aire es una mezcla de diferentes gases, principalmente nitrógeno y oxigeno: El aire seco contiene, en
volumen: 78% nitrógeno (N2), 21% de oxigeno (O2), casi 1% de Argón (Ar); el resto está formado por
dióxido de carbono
2.5 EXAFLUORURO DE AZUFRE:
CONCLUSIONES
Los mejores conductores son los elementos metálicos como el cobre que es más conductor que el aluminio,
pero menos que la plata y que el oro. Para los elementos conductores y aislantes se rigen por diferentes escalas
de medidas o diferentes constantes. Por lo que los hace diferentes de los otros como total mente inversos
como son los aislantes de los conductores, como ya había dicho antes los materiales que tienen la facilidad de
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transmitir carga de un objeto a otro estos son los mencionados conductores; y los que evitan el contacto entre
las diferentes partes conductoras son los mencionados aislantes que tienen una resistencia muy elevada al paso
de la corriente.
Los aceites tienen características diferentes a los demás aislantes como es la viscosidad, punto de
solidificación y punto de inflamación.
BIBLIOGRAFÍA
Principios de Electrotecnia − Adolf Senner Ed. Revert
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