Conductores y Aisladores

Conductores y aisladores

Los electrones de diferentes tipos de átomos tienen diferentes grados de libertad para moverse. Con algunos tipos de materiales, como los metales, sus electrones más externos están tan débilmente enlazados que ellos se mueven caóticamente en el espacio que existe entre sus átomos. Debido a que estos electrones no-enlazados son libres de dejar sus respectivos átomos y moverse en el espacio entre los átomos adyacentes, ellos son frecuentemente llamados electrones libres.

En otros tipos de materiales tales como el vidrio, los electrones de los átomos tienen muy poca libertad de movimiento. Mientras fuerzas externas tales como el frotamiento físico puede forzar a algunos de estos electrones dejar sus respectivos átomos y ser transferiridos a los átomos de otro material, ellos no se mueven entre los átomos de un mismo material muy fácilmente.

Debido a este comportamiento, los cuerpos se pueden clasificar en cuerpos conductores y cuerpos aisladores. Los cuerpos conductores son materiales que permiten a los electrones fluir libremente de un átomo a otro y de una molécula a otra. Un objeto hecho de un material conductor permitirá que las cargas sean transferidas a lo largo de su superficie. Si la carga es transferida al objeto en una localización dada, esa carga es rápidamente distribuida a lo largo de la superficie del objeto. La distribución de carga es el resultado del movimiento de los electrones. Puesto que los conductores permiten que los electrones sean transportados de partícula en partícula, un objeto cargado siempre distribuirá su carga hasta que la fuerza repulsiva total entre los electrones en exceso sea minimizada. Si un conductor cargado es puesto en contacto con otro objeto, el conductor puede transferir parte de su carga a aquel objeto. La transferencia de carga entre objetos ocurre más fácilmente si el segundo es hecho de un material conductor. Los conductores permiten transferir carga a través del movimiento libre de los electrones.

En contraste a los conductores, los aisladores son materiales que impiden el flujo libre de electrones de un átomo a otro y de una molécula a otra. Si alguna carga es transferida a un aislador en una localización dada, el exceso de carga permanecerá en la ubicación inicial de carga. Las partículas del aislador no permiten el flujo libre de electrones.

Mientras que los aisladores no son útiles para transferencia de carga, ellos juegan un rol crítico en las demostraciones y experimentos el electrostática. Objetos conductores son frecuentemente montados sobre objetos aisladores. Esto es para prevenir que las cargas sean transferidas de un objeto conductor a su alrededor.

Ejemplos de conductores son los metales, soluciones acuosas de sales (por ejemplo, compuestos ionicos disueltos en agua), grafito, agua y el cuerpo humano. Ejemplos de aisladores son los plásticos, el tecnopor, papel, caucho, vidrio y aire seco. La división de materiales en las categorias de conductores y aisladores es una división algo artificial. Es más apropiado pensar en materiales como colocados uno a continuación de otro en orden creciente de su capacidades conductoras. Aquellos materiales que son superconductivos (conocidos como superconductores) serían colocados al final y los materiales menos conductivos (mejores aisladores) serían colocados e el otro extremo. Los metales serían colocados cerca del extremo más conductivo y el vidrio sería colocado en el extremo. La conductividad de un metal podría ser un millón de veces mayor que la del vidrio.

En este continuo de conductores y aisladores, uno podría encontrar al cuerpo humano en algún lugar del punto medio hacia el lado de los conductores. Cuando el cuerpo humano adquiere una carga estática este tiene una tendencia a distribuir aquella carga a lo largo de la superficie del cuerpo. Dado el tamaño del cuerpo humano, relativo al tamaño típico de objetos usados en experimentos en electrostática, requeriría una cantidad anormalmente grande de exceso de carga antes que este efecto sea notable. Los efectos del exceso de carga en el cuerpo humano se puede hacer evidente durante una demostración del generador de Van de Graaff. Cuando un estudiante coloca su mano sobre la esfera metálica del generador, se produce una transferencia de carga hacia el cuerpo humano y esta se distribuye a lo largo de toda su superficie, incluso los mechones de cabello. Como los mechones individuales de su cabello son cargados eléctricamente, ellos se repelen mutuamente.

Esta animación muestra un cuerpo conductor descargado y su respuesta cuando se le acerca un objeto cargado eléctricamente. Cuando una varilla cargada positivamente es acercada al conductor, los electrones son atraídos hacia la varilla cargada. Esto origina la aparición de una fuerza de atracción neta entre la varilla y el conductor. Cuando una varilla cargada negativamente es acercada al conductor, los electrones son repelidos por la varilla cargada. Esto origina también la aparición de una fuerza de atracción neta entre la varilla y el conductor. Como resultado de esto podemos decir que un conductor siempre será atraído por un objeto cargado.

Esta animación muestra un cuerpo aislador descargado y su respuesta cuando se le acerca un objeto cargado eléctricamente. En un aislador los electrones de valencia se encuentran enlazados al átomo y no tiene la libertad de moverse por todo el cuerpo. Cuando una varilla cargada negativamente es acercada al aislador, los electrones se concentran al otro lado del átomo pero son incapaces de moverse hacia el lado opuesto del objeto pero esto hace que el lado superior del aislador llega a ser más positivo y por tanto experimentar una fuerza de atracción hacia el objeto cargado (también habría atracción si el objeto tuviese carga positiva). Como resultado de esto podemos decir que un aislador neutral siempre será atraído por un objeto cargado.

A continuación un vídeo con el que podrán comprender de mejor manera

Bibliografia
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/fuerza/fuerza.htm

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=b6Bqrflz1lU