¿Cómo se conduce la corriente electrica en los metales?

Por qué los metales conducen la electricidad estructura y enlace

En física y electrotecnia, un conductor es un objeto o tipo de material que permite el flujo de carga (corriente eléctrica) en una o más direcciones. Los materiales metálicos son conductores eléctricos habituales. La corriente eléctrica se genera por el flujo de electrones con carga negativa, huecos con carga positiva e iones positivos o negativos en algunos casos.

Para que la corriente fluya dentro de un circuito eléctrico cerrado, no es necesario que una partícula cargada viaje desde el componente que produce la corriente (la fuente de corriente) hasta los que la consumen (las cargas). En su lugar, la partícula cargada sólo tiene que empujar a su vecina una cantidad finita, que empujará a su vecina, y así sucesivamente hasta que una partícula sea empujada al consumidor, alimentándolo así. En esencia, lo que ocurre es una larga cadena de transferencia de impulso entre portadores de carga móviles; el modelo de conducción de Drude describe este proceso de forma más rigurosa. Este modelo de transferencia de momento hace que el metal sea una opción ideal para un conductor; los metales, característicamente, poseen un mar deslocalizado de electrones que da a los electrones la suficiente movilidad para colisionar y así afectar a una transferencia de momento.

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El cobre se considera un conductor porque “conduce” la corriente o flujo de electrones con bastante facilidad. La mayoría de los metales se consideran buenos conductores de la corriente eléctrica. El cobre es sólo uno de los materiales más populares que se utilizan como conductores.

Otros materiales que a veces se utilizan como conductores son la plata, el oro y el aluminio. El cobre sigue siendo el material más popular utilizado para los cables porque es un muy buen conductor de la corriente eléctrica y es bastante barato en comparación con el oro y la plata. El aluminio y la mayoría de los demás metales no conducen la electricidad tan bien como el cobre.

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Los aislantes son materiales que tienen el efecto contrario al de los conductores sobre el flujo de electrones. No permiten que los electrones fluyan fácilmente de un átomo a otro. Los aislantes son materiales cuyos átomos tienen electrones fuertemente ligados. Estos electrones no tienen libertad para circular y ser compartidos por los átomos vecinos.

Los aislantes se utilizan para protegernos de los efectos peligrosos de la electricidad que fluye a través de los conductores. A veces, el voltaje de un circuito eléctrico puede ser bastante alto y peligroso. Si el voltaje es lo suficientemente alto, se puede hacer fluir la corriente eléctrica incluso a través de materiales que generalmente no se consideran buenos conductores. Nuestro cuerpo conduce la electricidad y es posible que lo haya experimentado al recibir una descarga eléctrica. Por lo general, la electricidad que fluye por el cuerpo no es agradable y puede causar lesiones. El funcionamiento de nuestro corazón puede verse alterado por una fuerte descarga eléctrica y la corriente puede causar quemaduras. Por lo tanto, debemos proteger nuestro cuerpo de los conductores que transportan la electricidad. El revestimiento de goma de los cables es un material aislante que nos protege del conductor que hay en su interior. Mira cualquier cable de lámpara y verás el aislante. Si ves el conductor, probablemente sea el momento de cambiar el cable.

¿Por qué los metales conducen la electricidad?

Los metales conducen la electricidad porque tienen “electrones libres”. A diferencia de la mayoría de las otras formas de materia, el enlace metálico es único porque los electrones no están ligados a un átomo en particular. Esto permite que los electrones deslocalizados fluyan en respuesta a una diferencia de potencial.

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En el instituto y en la licenciatura, cada vez que veía una pregunta sobre el enlace metálico, la respuesta era siempre “porque el enlace metálico tiene un mar de electrones”. Así que la respuesta corta es “los metales conducen la electricidad porque tienen un mar de electrones deslocalizados que son libres de salir en cuanto sienten un voltaje”.

Debido a las interacciones cuánticas, todos los átomos de los metales comparten su electrón exterior. En lugar de que los electrones orbiten alrededor de un átomo específico, los electrones vagan por todo el grupo de átomos metálicos. Es como un enlace supercovalente: en lugar de compartir los electrones entre dos átomos, los comparten todos los átomos.

El “modelo del mar de electrones” es la mejor manera de describir este fenómeno. Como probablemente haya aprendido, los átomos metálicos están alineados en un patrón repetitivo (una estructura cristalina), y el espacio entre y alrededor de estos átomos está lleno de electrones que pueden moverse libremente.

Por qué los metales conducen la electricidad y el calor

La conductividad eléctrica de los metales es el resultado del movimiento de partículas cargadas eléctricamente. Los átomos de los elementos metálicos se caracterizan por la presencia de electrones de valencia, que son electrones en la capa exterior de un átomo que son libres de moverse. Son estos “electrones libres” los que permiten a los metales conducir la corriente eléctrica.

Como los electrones de valencia se mueven libremente, pueden viajar a través de la red que forma la estructura física de un metal. Bajo un campo eléctrico, los electrones libres se mueven por el metal como si fueran bolas de billar que chocan entre sí, pasando una carga eléctrica mientras se mueven.

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La transferencia de energía es más fuerte cuando hay poca resistencia. En una mesa de billar, esto ocurre cuando una bola golpea contra otra, pasando la mayor parte de su energía a la siguiente. Si una sola bola golpea a otras múltiples bolas, cada una de ellas se llevará sólo una fracción de la energía.

Del mismo modo, los conductores más eficaces de la electricidad son los metales que tienen un único electrón de valencia que se mueve libremente y provoca una fuerte reacción de repulsión en otros electrones. Este es el caso de los metales más conductores, como la plata, el oro y el cobre. Cada uno de ellos tiene un único electrón de valencia que se mueve con poca resistencia y provoca una fuerte reacción de repulsión.