¿Qué son los materiales conductores? - Características, tipos y clasificación

Para que el mundo actual, como lo conocemos, llegará hasta donde está, tuvo que pasar por un sin número de descubrimientos, experimentos, fallos, fracasos, éxitos y demás. Gracias a todo eso, hoy gozamos de comodidades gracias a la tecnología. Desde algo tan “sencillo” como la posibilidad de mantener por más tiempo nuestros alimentos, hasta tener la capacidad de utilizar la microtecnología para desarrollar dispositivos electrónicos.

Pero ¿Te has preguntado cómo es posible que los dispositivos electrónicos, el bombillo de nuestros hogares, la forma en cómo nos comunicamos se mantiene en funcionamiento? La respuesta corta es gracias a materiales conductores de la electricidad y la capacidad que estos tienen para almacenar y transportar carga eléctrica. La respuesta larga te la daremos en unos minutos, junto con todos los detalles que necesitas saber sobre este tema.

Definición de materiales conductores

Los materiales conductores se caracterizan y se definen por tener la particularidad de permitir el paso de la corriente a través de su materia o átomos. Es decir, que cualquier material que tenga la capacidad de transportar la electricidad se considera con conductividad. Es con base en este último punto que se habla de qué tan conducto o no es un material. Ahora lo explicamos mejor.

Si bien es cierto que hay materiales y/o elementos que son capaces de mantener una baja resistencia al paso de la corriente, no todos se comportan de la misma manera. Por tal motivo, no todos cuentan con el mismo nivel de conductividad. Esto quiere decir que habrá elementos que son más conductivos que otros, aunque su uso dependerá de las aplicaciones que se desea implementar.

De forma natural, tenemos materiales conductores como muchos de los metales. Tal es el caso del cobre, oro, hierro, aluminio, la plata, entre otros más. Sin embargo, aquellos que son aleaciones de estos elementos también se consideran como conductores. Claro, la diferencia está en que algunos son más prácticos que otros, según el caso.

De hecho, para que un material sea conductor no tiene que ser estrictamente un metal. Un ejemplo de esto sería el grafito, el cual, gracias a sus propiedades, tiene la capacidad de ser el conductor de la electricidad. Además, tampoco tiene que ser un sólido para que se pueda transportar una carga eléctrica, de lo contrario, el agua de mar no se consideraría como un buen conductor eléctrico.

Antes de pasar al siguiente apartado, es importante que sepas cuál es la forma en que se mide la conductividad de un material. La forma principal es mediante el uso de electrodos, se toma una muestra considerable y se coloca dentro de una solución, el cual contiene una serie de químicos. Estos químicos dentro de la solución poseen medidas estándares, por lo que, sin importar el país, la medición posee la misma base científica.

Ahora bien, esta tiene que estar a una temperatura en específico, la cual variará en función del material a estudiar o medir qué tanto conductor o no es. Mediante el dispositivo que está conectado a los electrodos registra un valor. Este valor será el índice de conductividad del material estudiado o medido. En cuanto a la unidad de medida de conductividad, se mide en Siemens por metro (S/m).

Si vas hasta una de las páginas en la Wikipedia, encontrarás una tabla con valores de conductividad según el material. Podrás darte cuenta de que cada uno tiene un valor distinto, además que se te brinda información, tal como aquel elemento que resulta es más idóneo para trabajar con cargas eléctricas. Lo que verás como grafeno, es una manera distinta de referirse al grafito, lo que certifica cuando decíamos que este elemento era un buen conductor de la electricidad.

¿Qué características tienen los materiales conductores?

La principal característica que resulta evidente a estas alturas, es la capacidad que tiene para darle paso a los electrones sin que sufran de cambios en su estructura o generen una caída de tensión. De igual forma, podemos dar detalles de aspectos esenciales, tales como:

No tienen resistencia

En algunas páginas encontrarás que los materiales conductores de electricidad no generan resistencia al paso de la corriente. Sin embargo, esto no es del todo cierto. La principal razón se debe a que asegurar esto, implicaría tener un material el cual sea perfecto y su resistencia a la corriente sea nula o cero.

En términos reales, esto no es cierto, puesto que cada elemento cuenta con características únicas y, por ende, una resistividad, mucha o poco, pero existe. De allí que algunos materiales sean mejores que otros para aplicaciones en masa, tal como la distribución de corriente a un país mediante cobre u otros metales similares.

Permiten el flujo de electrones

Al tener un alto índice de conductividad, metales como el oro o la plata se utilizan para diversas aplicaciones. Aunque se suele tomar como referencia los valores y comportamientos que tiene el cobre para realizar una comparativa en términos de movimiento de electrones. Imaginemos que tenemos dos pistas de carreras. La primera está hecha netamente con cobre, mientras que la segunda es de hierro.

Suponiendo que los coches serían electrones, para la primera pista de carreras, estos se moverían muy rápido en un periodo muy corto de tiempo. En cambio, para la segunda pista, la cual está hecha de hierro, es posible que los coches se muevan, sin embargo, lo harán a una velocidad bastante lenta. Por lo que su ciclo será más largo o lento, en comparación con la pista de cobre.

Son maleables

Esta es una simple, pero gran característica de los metales conductores. Al tener una alta maleabilidad, es posible deformar los materiales y moldearlos a gusto sin llegar a romper su estructura física.

Lo más seguro es que si intentas manipular cobre, se te haga muy fácil darle un grosor o un largo en específico. En cambio, si intentas lo mismo con el vidrio, tendrás que someter el material a una temperatura muy alta cada vez que quieras cambiar su forma, algo que no supone ninguna ventaja a nivel comercial. De hecho, en términos de maleabilidad, el oro se lleva la medalla del primer puesto por ser el mejor en este tema. Tanto es así, que, con unos pocos gramos de este metal precioso, es posible expandirlo varios metros si se sabe manipular.

• La cantidad de electrones son mayores a los materiales no conductores.

Esta característica se encuentra muy relacionada con la anterior, puesto que, para generar energía eléctrica, es importante contar con cierta cantidad de electrones. Por suerte, los metales son buenos ejemplos de materiales conductores de electricidad.

• No necesita de mucha energía para crear electricidad

Es posible que la estructura atómica de materiales y elementos conductores sea la razón de que nuestros sistemas de comunicación y el suministro eléctrico sea el que tenemos actualmente. Cuenta con una estructura tal, que se puede obtener gran cantidad de corriente sin caer en la necesidad de generar grandes cantidades de energía para poder enviar un electrón de un átomo hacia otro. Recuerda que la electricidad toma lugar cuando un electrón viaja de un punto a otro en función de los átomos.

• Buena resistencia ante el desgaste

Este aspecto lo podemos ver en los sistemas eléctricos de muchísimos países. El simple hecho que parte de esta red no se sustituya cada tanto, implica que su resistencia al desgaste es bastante alta. Es por ello que no sueles ver con frecuencia que se cambie un tendido eléctrico cada tantos años, sino que tienen décadas funcionando sin ningún problema. Aunque la integridad del mismo dependerá del mantenimiento y las condiciones climáticas, y, evidentemente, de la calidad de los materiales.

• Es posible combinarlos con materiales que no son conductores

Por lo general, verás que la gran mayoría de los cables que están hechos con cobre y otros metales similares cuentan con un protector. En muchos casos es plástico, pero puede ser otro tipo de material aislante y resistente. La idea de esto es que se tenga un protector y aumentar la vida útil del conductor, además de evitar problemas de cortocircuitos y problemas con el sulfatado o mejor conocido como corrosión.

Esto aplica tanto a cables de baja tensión, como los que se utilizan para conectar dispositivos eléctricos y electrónicos a la red doméstica, hasta redes de alta tensión. Para este segundo caso, se requiere de un material que sea aislante, pero al mismo tiempo que sea lo suficientemente resistente, como para no derretirse mientras fluye la corriente eléctrica.

En caso de que te preguntes el por qué se emplea material aislante y no otro, se debe a que utilizar elementos como el plástico o vidrio, evita interferencias en las señales eléctricas. Además, la protección del metal en sí queda sellada y libre de efectos como la corrosión por la exposición constante al medio ambiente.

¿Cuáles son los tipos de materiales conductores?

Para dar con los diferentes tipos de materiales conductores eléctricos, estos se destacan o identifican gracias a cómo llevan tal acción a cabo. Es por ello que existen conductores sólidos o metálicos, también están aquellos en forma de gases o bien los que tienen propiedades electrolíticas. Es decir, una solución cuyas sustancias y elementos que lo integran tienen la capacidad de transportar energía eléctrica como si de un material sólido se tratara.

Conductores metálicos

En cuanto a este tipo de conductores, lo constituyen todos y cada uno de aquellos elementos que son catalogados como metales, pueden ser ligeros o pesados. La diferencia entre uno y el otro, es su coeficiente de conductividad. Tener en cuenta este simple aspecto, te permitirá desarrollar un buen sistema eléctrico funcional con la menor pérdida de energía posible. Además, este tipo de conocimiento ha ayudado a la creación de redes eléctricas de bajo, medio y alto consumo, así como construir un apartarayos efectivo y funcional.

Ejemplos clásicos y comunes para esta categoría son:

• El cobre, el cual es el más utilizado a nivel comercial por sus bajos costos de producción y maleabilidad.
• La plata, aunque es buena conductora, no se suele emplear mucho en ámbitos comerciales.
• El oro, dado a la poca cantidad de oro que existe en el planeta, este metal se reserva para la creación de microprocesadores y semiconductores para circuitos y dispositivos altamente sensibles.

De hecho, se sabe que el oro es el principal elemento utilizado para la construcción de circuitos de naves espaciales, robots de alta sensibilidad y telescopios de gran precisión. Esto por su estabilidad y las ventajas que ofrece en términos electrónicos e informáticos. Por ello, en dispositivos de este calibre, no verás que sus circuitos, semiconductores y elementos de conexión estén hechos de cobre u otros metales.

Ahora bien, podría decirse que, como alternativa al cobre, se puede emplear el aluminio. El detalle está en que sus propiedades eléctricas no son tan buenas como las de su contraparte. Además, es excesivamente maleable y se requiere cierta rigidez para poder moldear un cable, si es que la intención es moldearlo para fines de conexión.

Conductores gaseosos

Cuando se hace referencia a que un gas puede ser conductor, implica que este se encuentra ionizado. Esto quiere decir que se ha sometido a un proceso en el que el propio gas está en la facultad de ganar o perder electrones. El resultado de este proceso a nivel atómico implica la posibilidad de generar energía eléctrica. Aunque su uso no es tan comercial como lo sería los materiales sólidos o líquidos, este puede ser uno de los mejores conductores de la corriente, siempre y cuando se encuentre sometido a ciertas condiciones.

Conductores electrolíticos

Para este tipo de conductores, se hace necesario el uso de ciertos componentes en líquido, más corriente y un par de electrodos que jugarán el papel fundamental de todo este proceso. Cuando se habla de electrólisis, se refiere a una descomposición química mediante electricidad de componentes que pueden ser: ácidos, sales, entre otros.

En cuanto a los electrodos empleados, por lo general son de un material sólido y conductor como el cobre. Aunque también se pueden emplear elementos como el platino, el carbón, grafito o hierro. Ahora bien, más que transportar energía, las aplicaciones que estos conductores tienen en un sistema complejo es distinto a lo que se ha mencionado. Lo común es que se emplee para la purificación de un metal, la galvanostegia o aplicación en el campo de la electrometalurgia.

Cada uno de estos aspectos cuenta con un proceso debidamente pensado, de tal manera que se apliquen los mismos principios, pero con objetivos y variaciones. De hecho, para poder obtener materiales o metales como el plomo, aluminio u otros, es necesario aplicar un proceso que tiene relación con la electrometalurgia. Sin esta, nos resultaría difícil tener alguno de estos materiales en sus diferentes presentaciones.

¿Cómo se clasifican los materiales conductores? - Tipos

En cuanto a la clasificación de elementos que son conductores de la electricidad, se puede hacer de varias formas. Por ejemplo, se pueden clasificar según su construcción, es decir, están aquellos que son unipolares, multipolares, de tipo manguera, rígidos o flexibles, etc.  Es decir, que los conductores de la electricidad se pueden clasificar de la siguiente manera y de forma muy general:

• Por el tipo de material.
• Mediante la flexibilidad del elemento.
• Por la forma que tiene.
• Sus dimensiones.
• Si son conductores o semiconductores.

En este último caso debemos hacer un paréntesis muy importante, puesto que los materiales semiconductores no son elementos que encuentres en la naturaleza o de forma natural. Sino que son sintetizados mediante procesos complejos, los cuales dan lugar a un nuevo material con características únicas. Ahora bien, podemos destacar algunos tipos de materiales conductores y hablar un poco de sus características y propiedades. Entre los más habituales encontramos:

1. Conductores con un alto índice de conductividad

Por lo general, se le atribuye esta categoría a lo que sería el alambre y el cobre, puesto que son los más empleados y fabricados en todo el mundo. La razón del porqué son los más utilizados, se debe a factores como: las ventajas y beneficios mecánicos y eléctricos, la facilidad con la que se puede utilizar y manipular, además de sus bajos costos.

2. Conductores según su flexibilidad

Aquí se encuentran los alambres y los cables. Mientras que el primero está hecho con un solo hilo conductor, el segundo cuenta con más de dos hilos en su construcción. En cuanto al alambre, este se usa principalmente para redes eléctricas a la intemperie o bien, como un conductor aislado. Ahora bien, para el caso de los cables de dos o más hilos, tiene usos como la televisión por cable o transporte de información mediante señales eléctricas.

3. Conductores eléctricos según su forma

Como el propio nombre lo indica, lo que los hace diferentes es la constitución interna del cable como conductor. Estos suelen tener una estructura tal, que su principal característica es que son ligeros. Por lo tanto, encontrarás cables conductores en forma circula o bien, con una forma sectorial. Aunque también existe lo que se conocen como alambres anulares y segméntales.

Existen muchísimos tipos de cables que pueden ser considerados como variantes de tipos. Sin embargo, la gran mayoría de los que hemos mencionado solo están enfocados en elementos o materiales sólidos, teniendo en cuenta que también los hay en forma de gas o líquidos.

Ejemplos de materiales conductores

Para finalizar el artículo, es momento de hablar un poco sobre algunos de los elementos y materiales que son utilizados para transportar energía. Ten en cuenta que el transporte y el almacenamiento son cosas distintas. Es decir, que se puede utilizar líquidos conductores para guardar energía, mientras que se utiliza un material sólido como el cobre para transportar los electrones. Esta es una clara diferencia del por qué las baterías de los teléfonos son de litio y no de algún metal sólido que conozcas.

Metales

El ejemplo más clásico es el cobre. Si bien es cierto que su popularidad es de nivel mundial, en términos de conductividad está por debajo de la plata. Es decir, que el coeficiente de la plata como conductor eléctrico es un poco mayor al del cobre. Sin embargo, resulta mucho más práctico utilizar el segundo por temas de costos.

Ahora bien, el oro también es muy buen conductor de la electricidad. Sin embargo, solo se emplea para casos muy puntuales y específicos, tales como dispositivos de calibración, radares e incluso, dispositivos móviles y demás. El uso de este metal se encuentra ligado tanto al campo en el que se emplea, como su aplicación según se requiera.

Mercurio

Este es un metal bastante particular, puesto que, a temperatura ambiente, tiende a adquirir una consistencia líquida. Por lo que, si pones en tu mano, seguramente este se derretirá por la temperatura de tu cuerpo. Sin embargo, tiene un uso más “estético”, es decir, las lámparas o bombillos fluorescentes. Este se suele utilizar principalmente en equipos científicos y aparatos eléctricos, aunque a nivel industrial también cuenta con aplicaciones importantes.

Como elemento, está ligado más al uso de desarrollos de tecnología y aparatos que puedan ser usados en el ámbito comercial. Ejemplo de esto son los termómetros, pesticidas para los campos y cultivos, se emplea como pigmento para pintura, como catalizador para baterías, entre muchas más.

Cobre

En este punto, deberías tener bastante claro que el cobre es de los elementos más usados en todo el mundo. Todos los cables que ves en los postes de alta tensión, las conexiones que tienen tus dispositivos en el hogar, las redes eléctricas están hechas con este material. Lo que hace diferente su aplicación, es el grosor del mismo. Es decir, que encontrarás cables de cobre de un solo pelo, de dos o más. Por 'pelos' nos referimos a la cantidad de cables de cobre que constituirán al cable en general. Esto da lugar a características resistivas mayores o menores.

Plomo

Contrario a lo que se pueda pensar de este material, no es muy buen conductor de la electricidad, pese a que tiene cierto índice de conductividad. Su uso es bastante específico, es por ello, que sueles ver que las baterías de vehículos terrestres cuentan con conexiones hechas en este material. Para que te hagas una idea más clara de lo poco recomendado que es este material, la plata pura tiene más de un 100% en conductividad eléctrica, mientras que el plomo solo cuenta con un 7%.