El documento describe los materiales conductores, explicando que son buenos conductores los metales como el cobre, mientras que otros materiales como la madera y el vidrio son malos conductores. Luego describe la estructura atómica del cobre y cómo los electrones libres en su capa de valencia le permiten conducir la electricidad. Finalmente, resume algunas propiedades eléctricas, mecánicas y físicoquímicas importantes de los materiales conductores.

1. MATERIALES CONDUCTORES
Un conductor es un material que, en mayor o menor medida, conduce el
calor y la electricidad. Son buenos conductores los metales y malos, el
vidrio, la madera, la lana y el aire.
NOTA: Definimos la unidad de carga +1 como +1,6·10-19 culombios. Así un
electrón tiene una carga -1 equivalente a -1,6·10-19 culombios.
El conductor más utilizado y el que ahora analizaremos es el Cobre
(valencia 1), que es un buen conductor. Su estructura atómica la vemos
en la siguiente figura.
La distribución de la carga es el resultado del movimiento de electrones.
Los materiales conductores permiten que los electrones sean
transportados de partícula a partícula, ya que un objeto cargado siempre
va a distribuir su carga hasta que las fuerzas de repulsión globales entre
electrones en exceso se reduzca al mínimo.

2.  Su número atómico es 29. Esto significa que en el núcleo hay 29
protones (cargas positivas) y girando alrededor de él hay 29 electrones
girando en diferentes órbitas.
 En cada órbita caben 2n2 siendo n un número entero n = 1, 2, 3, ... Así
en la primera órbita (n = 1) caben 212 = 2 electrones. En la segunda
órbita 2·22 = 8 electrones. En la tercera órbita 2·32 = 18 electrones. Y la
cuarta órbita solo tiene 1 electrón aunque en ella caben 2·42 = 32
electrones.
 Lo que interesa en electrónica es la órbita exterior, que es la que
determina las propiedades del átomo. Como hay + 29 y - 28, queda
con + 1.
 Por ello vamos a agrupar el núcleo y las órbitas internas, y le llamaremos
parte interna. En el átomo de cobre la parte interna es el núcleo (+ 29) y
las tres primeras órbitas (- 28), con lo que nos queda la parte interna con
una carga neta de +1.

3. Como el electrón de valencia es
atraído muy débilmente por la parte
interna, una fuerza externa puede
liberarlo fácilmente, por eso es un
buen Conductor. Nos referiremos a
ese electrón de valencia, como
electrón libre.
Lo que define a un buen conductor
es el hecho de tener un solo electrón
en la órbita de valencia (valencia 1).
Así, tenemos que:
A 0 ºK (-273 ºC) un metal no
conduce.
A Temperatura ambiente 300 ºK ya
hay electrones libres debidos a la
energía térmica.

4. Si tenemos un campo eléctrico aplicado los electrones libres se
mueven en todas direcciones. Como el movimiento es al azar, es
posible que muchos electrones pasen por unidad de área en una
determinada dirección y a la vez en la dirección opuesta. Por lo
tanto la corriente media es cero.
Veamos ahora como cambia la situación, si se aplica al
metal un campo eléctrico.

5. Los electrones libres se mueven ahora en una dirección concreta. Y por lo tanto
ya hay carga (en culombios) que cruza la sección del metal en un segundo, o
sea ya existe una corriente.
Como ya conocemos, el electrón tiene una carga negativa (-1,619-19 culombios)
y por tanto el convenio tomado para definir la corriente (contrario al movimiento
de las cargas negativas) nos indica que la corriente toma el sentido indicado en
la figura.
El electrón se mueve dentro de la red cristalina del metal con una velocidad
media.
V= Velocidad media del electrón
µ= Movilidad del electrón libre en el Metal
E= Intensidad de Campo eléctrico
V= µ.E
La resistencia que opone la barra de metal al paso de la corriente la podemos
calcular de la siguiente forma:
σ= n.µ.E
ρ= 1/σ
R= ρ.L/A
n= Numero de electrones libres por Metro Cubico
e= Carga del electrón
σ= Conductividad del Metal
ρ= Resistividad del Metal
R= Resistencia del Metal
L= Longitud de la Barra
A= Sección de la Barra

6. CARACTERISTICAS ELÉCTRICAS
 En los materiales y dispositivos conductores, la propiedad principal para su diseño
es la resistividad, o su inversa, la conductividad.
 Las propiedades eléctricas de los metales tienen su origen en su microestructura
cristalina y en su estructura electrónica asociada. Existen dos modelos físicos que
tratan de justificar la conductividad de los metales: el clásico y el cuántico. Este
último lo posponemos para la parte dedicada a semiconductores.
 El modelo clásico, conocido también como modelo corpuscular, considera que
los metales son sólidos cristalinos y ordenados, en los que los átomos están
vibrando alrededor de ciertas posiciones espaciales, unidos por un gran
colectivo de electrones de valencia que constituyen el gas electrónico, mueven
al azar, libremente por el interior de la red cristalina.

7. EXPERIENCIA QUE APOYA AL MODELO
CORPUSCULAR
 La de emisión de rayos X, en su primera parte. Si sometemos un filamento de W,
inmerso en una ampolla sellada al vacío, a una diferencia de potencial tal que
haga pasar a su través una importante corriente eléc-trica, se calentará hasta
incandescencia, produciendo una termo emisión de electro-nes, como muestra
la figura 8.3. Estos electrones se aceleran al paso por una zona donde se aplica
un campo eléctrico, E, adquiriendo una velocidad, v, directamente proporcional
a E.

8. FORMULAS DE LAS CARACTERISTICAS
ELÉCTRICAS
 La velocidad del electrón, en función del tiempo t será:
 La intensidad media, I, para un colectivo de N electrones que atraviesa
una sección S vendrá dada por:
 Ohm constató que la resistencia no era la misma, por lo que introdujo
una magnitud intrínseca de cada material llamada resistividad, r, de
manera que en su ley aparecía explicitada como:

9. CARACTERISTICAS MECANICAS
 Los materiales se requieren para transmitir la energía mecánica entre ciertas
partes de una máquina. Las variables que determinan la energía mecánica
son las fuerzas y los desplazamientos.
 Los materiales constituyen los componentes y reaccionan con esfuerzos y
alargamientos oponiéndose a las solicitaciones.
 El diseño óptimo de una pieza, o máquina como conjunto de piezas,
requiere el compromiso de la buena conformación, de acuerdo con las
funciones específicas, y el buen dimensionamiento, de acuerdo con la
adecuada selección del material. La selección y el dimensionamiento
requieren el conocimiento de los índices que califican y cuantifican las
cualidades de cada uno de los materiales alternativos que son aptos para
realizar una pieza.
 Tenacidad: Propiedad que tienen los materiales de soportar esfuerzos
bruscos sin romperse.
 Los materiales que tienen elevada resistencia mecánica como por ejemplo
el hierro se denominan materiales tenaces.
 Aquellos materiales que se rompen al ser golpeados se denominan
materiales frágiles.

10.  Dureza: Resistencia que opone un material a ser rayado
 Existen tablas en las que se ordenan los materiales por sudureza.El acero
es más duro que la madera, por eso se construyenherramientas de
acero para cortar madera. El material de mayor dureza en la
naturaleza es el diamante.
 Elasticidad: La elasticidad consiste en la capacidad de los materiales
(denominados cuerpos elásticos) para recuperar su forma y
dimensiones iniciales cuando termina de actuar la fuerza que
determinó su deformación.
 Plasticidad: es la cualidad opuesta a la elasticidad.

11. PROPIEDADES FISICOQUIMICAS
 Calor específico: Es la cantidad de energía necesaria para aumentar 1ºC la temperatura de un
cuerpo. Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar
cambios de temperatura bajo el suministro de calor.
 Conductividad eléctrica: Es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica
a su través. Según esta propiedad los materiales pueden ser conductores (cobre, aluminio), aislantes
(mica, papel) o semiconductores (silicio, germanio).
 Conductividad térmica: Es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso del calor a su través. El
material del que están hechas las sartenes, ollas..., debe ser conductor térmico, para que transmita
el calor desde el fuego hasta los alimentos.
 Magnetismo: Según el comportamiento ante los campos magnéticos, los materiales pueden ser:
 diamagnéticos (oro, cobre), cuando se oponen a un campo magnético aplicado, de modo que
en su interior se debilita el campo.
 paramagnéticos (aluminio, platino) cuando el campo magnético en su interior es algo mayor que
el aplicado.
 ferromagnéticos (hierro, níquel) cuando el campo se ve reforzado en el interior de los materiales.
Estos materiales se emplean como núcleos magnéticos en transformadores y bobinas en circuitos
eléctricos y electrónicos.
 Ópticas: Son las que determinan la aptitud de un material ante el paso de la luz a su través.
 Un material puede ser transparente, (vidrio, celofán) cuando permite ver claramente objetos
situados tras él, traslúcido (alabastro, mármol) cuando deja pasar la luz pero no permite ver
nítidamente a su través y opaco (madera, cartón) cuando impide que la luz lo atraviese.
 Peso específico: Es la relación entre la masa y el volumen de un material, y se conoce con el nombre
de densidad.

12. REGLA DE MATTHIESSEN
DENSIDAD DE ALGUNOS MATERIALES (kg/m3)
Madera de abeto
430 Aluminio 2.680
Aceite de oliva
915 Titanio 4.450
Agua destilada
1.000 Acero fundido 7.880
Ácido sulfúrico
1.848 Cobre 8.900
Magnesio 1.740 Plomo 11.340

13.  Dilatación térmica: Es la variación de dimensiones que sufren los
materiales cuando se modifica su temperatura. Esta variación viene
dada por la expresión:
 ΔL= Lί.K.ΔT
 Donde Li es la longitud inicial, k el coeficiente de dilatación lineal
(depende de cada material) y ΔT es el incremento de temperatura. En
la siguiente tabla tienes los coeficientes de dilatación de materiales
usuales.
COEFICIENTE DE DILATACIÓN LINEAL (ºC-1)
Vidrio
8.4 10-6
Madera 3.9 10-6
Acero 1.2 10-5 Fundición 1.3 10-5
Cobre 1.7 10-5 Zinc 3.1 10-5

14. REGLA DE MATTHIESSEN
 La resistividad de un material metálico es la suma de una
resistividad que tiene en cuenta los efectos de la temperatura (ρT),
y una resistividad independiente de la temperatura a la que
contribuyen los defectos a nivel atómico, incluidas las impurezas
(ρd).
 Representan la contribución térmica, de las impurezas y de la
deformación plástica respectivamente.

15. REGLA DE NORDHEIM
 La resistividad deunaaleación binaria se puede calcular con la regla de
Nordheim: i=CX(1‐X) donde X es el porcentaje de la impureza y
Celcoeficiente de Nordheim.
 La regla de Nordheim funciona bien sólo con soluciones diluidas.
 Coeficientes de Nordheim para redes de Cu.
 Coeficientes de Nordheim para redes de Cu.
 Coeficientes de Nordheim para redes de Au.

16. REGLA DE WIEDEMANN FRANZ
 El ratio entre la conductividad térmica y la conductividad eléctrica de
un metal, es proporcional a la temperatura. Cualitativamente, esta
relación está basada en el hecho de que tanto en el transporte
calorífico como el eléctrico, están implicados los electrones libres del
metal. La conductividad térmica aumenta con la velocidad media de
las partículas porque estas aumenta el transporte de energía. Sin
embargo, la conductividad eléctrica disminuye con el aumento de
velocidad de las partículas, porque las colisiones desvían los electrones
del camino de transporte de cargas.
 Cualitativamente, la ley de Wiedemann-Franz se puede entender,
tratando los electrones como un gas clásico y comparando la
conductividad térmica resultante con la conductividad eléctrica. Las
expresiones para las conductividades térmica y eléctrica, serán:

17.  Usando la expresión de la velocidad media de partículas de la teoría
cinética
 la proporción entre estas cantidades, se puede expresar en términos de
la temperatura. La proporción entre las conductividades térmica y
eléctrica, ilustra la ley de Wiedemann-Franz.
 Cuando se realiza el estudio mecánico cuántico, se encuentra que el
valor de la constante es:

18. MATERIALES CONDUCTORES ESPECIFICOS
 El cobre se le emplea en más del 90% en la fabricación de conductores
eléctricos, por que reúne las condiciones deseadas para tal fin, tales
como:
 Alta conductividad.
 Resistencia a los esfuerzos mecánicos.
 Flexibilidad.
 Bajo costo
 El aluminio es otro buen conductor eléctrico sólo que, por ser menos
conductor que el cobre (63% respecto al cobre), para una misma
cantidad de corriente se necesita un conductor más grueso en
comparación con conductores de cobre, además, tiene la desventaja
de ser quebradizo.

19.  El níquel (Ni) es un metal brillante plateado-blanco y con un ligero matiz
dorado, que se encuentra con una abundancia en la corteza terrestre del
0,008%. Es un material dúctil y maleable por lo que se puede laminar, pulir y
forjar fácilmente.
 Es un buen conductor de la electricidad y del calor, resistente a la corrosión
y a las altas temperaturas.
 El oro es más resistente a la oxidación. Es por ello que el oro, en
determinadas aplicaciones -como pueden ser los conectores de audio que
portan señal analógica o determinadas áreas de la electrónica de un
satélite-, tiene mejor rendimiento dado que su óxido no representa un
problema a lo largo del tiempo en cualquier ambiente.

20.  El acero es una aleación de hierro con una cantidad de carbono que
puede variar entre 0,03% y 1,075% en peso de su composición,
dependiendo del grado.
 Acero no es lo mismo que hierro. Y ambos materiales no deben
confundirse. El hierro es un metal relativamente duro y tenaz, con
diámetro atómico (da) de 2,48 Å, con temperatura de fusión de 1535 °C
y punto de ebullición 2740 °C.

21. PRINCIPALES FORMULAS
 V= µ.E
 σ= n.µ.E
 ρ= 1/σ
 R= ρ.L/A


22. APLICACIONES INDUSTRIALES SOBRE EL TEMA
 1-Alambre H07V-U
 Especialmente indicado para el transporte de energía en instalaciones
fijas, cableados internos, circuitos de señalización, etc. - Usos generales
en ambientes domésticos, industriales, comerciales y oficinas. - Voltajes
máximos: 450V entre fase y tierra y 750V entre fases. - La temperatura
máxima del conductor en servicio permanente es de 70°C.

23.  2-Cable libre de halógeno EVAFLEX:
 Mono conductor de cobre extra flexible, con cubierta libre de
halógenos. - Indicado en circuitos de baja tensión en instalaciones
domiciliarias y comerciales interiores. - La aislación es de un compuesto
especial que en caso de incendio, es retardante a la llama, no
propaga el incendio, emite poco humo. - Voltajes máximos: 450V entre
fase y tierra y 750V entre fases. - La temperatura máxima del conductor
en servicio permanente es de 70°C.

24. PROBLEMA RESUELTO SOBRE EL TEMA
 1.- Determine la resistencia de 2400 cm de alambre de plata que posee
un diámetro de 25 centímetros.
 Solución: Para poder resolver el ejercicio, vamos a reunir nuestros datos
sabiendo que nos piden la resistencia de un alambre de plata, por lo
que:

25.  Reemplazando estos valores en nuestra fórmula: