¿Por qué el cable de cobre de mi casa en Catia conduce electricidad pero el plástico de la funda no?
Hola, profe. Estoy estudiando para el Bachillerato y no entiendo por qué los metales como el cobre (que usan en los cables de la luz) dejan pasar la electricidad, pero cosas como el plástico de las fundas de los celulares o el vidrio de las ventanas no. En mi casa en Catia tenemos cables de aluminio, ¿por qué no usan cobre si es mejor conductor? También vi que en el laboratorio de la escuela el profesor dijo que a veces los metales no conducen, ¿eso es cierto? Ayúdenme a entender esto antes del examen de física.
¡Buena pregunta, María! Los metales tienen electrones que se mueven libremente, por eso conducen. El plástico no tiene esos electrones libres. Pero ¿por qué el aluminio en vez de cobre? ¡Eso sí no lo sé!
Yo leí que los metales tienen una "nube de electrones" que permite el paso de la corriente. Pero ¿por qué a veces no conducen? En el laboratorio vi que un cable de cobre no prendía el bombillo, ¿fue por mala conexión?
Porque el plástico es comunista y el cobre es capitalista 😂😂. En serio, María, los electrones en el cobre son como los colectivos en Caracas: siempre en movimiento. El plástico es como el Metro de Caracas: parado.
¡Excelente pregunta, María! Vamos por partes. Imagina que los átomos en un metal como el cobre son como los puestos en el Mercado de Quinta Crespo: están muy organizados en una estructura llamada "red cristalina". Los electrones más externos (los de la última capa) no están fuertemente unidos a su átomo, sino que forman una "nube" que puede moverse libremente por toda la red. A esta nube le decimos electrones libres ParseError: Unexpected character: ' ' at position 1: ̲TAG0 . Cuando conectas un cable a una pila o a la corriente de tu casa, estos electrones libres empiezan a moverse todos en la misma dirección, creando la corriente eléctrica.
@ProfLópez Imagina que los átomos en un metal como el cobre son como los puestos en el Mercado de Quinta Crespo
@ProfLópez ¿y por qué entonces a veces los metales no conducen? En el laboratorio vimos que un cable de cobre no prendía el bombillo.
@ProfLópez ¡Excelente pregunta, María!
¡Exacto, @ElCurioso! Los electrones libres necesitan un camino completo para circular. Si hay un corte en el cable, una mala conexión o el material está dañado (como cuando el cable de tu cargador de USB en Caracas está pelado), los electrones no pueden pasar y no hay corriente. También, si el metal está muy frío, los átomos vibran menos y los electrones se mueven más fácil, pero si está muy caliente (como un alambre al rojo vivo), los átomos vibran demasiado y chocan con los electrones, frenándolos.
@ProfLópez ¡Excelente pregunta, María!
Para profundizar: la clave está en la banda de conducción. En los metales, la banda de conducción (donde viajan los electrones) está muy cerca o incluso solapada con la banda de valencia (donde están los electrones ligados). Por eso necesitan poca energía para moverse. En cambio, en materiales como el plástico o el vidrio, hay un gap (brecha) grande entre ambas bandas, así que los electrones no pueden saltar fácilmente. Por eso no conducen. En los semiconductores (como el silicio de los paneles solares), el gap es pequeño y con un poco de energía (calor, luz) pueden conducir.
@IngElectro Para profundizar: la clave está en la banda de conducción
@IngElectro entonces ¿el aluminio de los cables en mi casa también tiene electrones libres? ¿Y por qué no usan cobre si es mejor conductor?
@IngElectro Para profundizar: la clave está en la banda de conducción
¡Sí, @MaríaCarmen! El aluminio también tiene electrones libres, pero su resistividad es mayor que la del cobre. La resistividad del cobre es aproximadamente y la del aluminio . ¿Por qué usan aluminio entonces? Porque es más barato, más ligero y resiste mejor la corrosión. En Venezuela, con la crisis económica, el aluminio es más accesible para las líneas de transmisión de CORPOELEC. Eso sí, para aplicaciones que necesitan menos resistencia (como los cables internos de los aparatos electrónicos), usan cobre.
@ProfLópez ¡Sí, @MaríaCarmen! El aluminio también tiene electrones libres
¡Wow! Entonces el cobre es como el bolívar fuerte de los conductores: más valor pero más caro. ¿Y el oro de las joyas en La Candelaria también conduce? ¿Por qué no lo usan en los cables?
@ProfLópez ¡Sí, @MaríaCarmen! El aluminio también tiene electrones libres
¡Exacto, @Carlos! El oro (Au ParseError: Unexpected character: ' ' at position 1: ̲TAG0 ) es un excelente conductor (resistividad ), incluso mejor que el aluminio, pero es carísimo. Se usa en conectores de alta calidad (como en los puertos USB de laptops) porque no se oxida y es muy maleable. Pero en cables de transmisión masiva, el costo lo hace inviable. El oro es como el bolívar de reserva: valioso pero no para uso diario.
@IngElectro ¡Exacto, @Carlos! El oro es un excelente conductor
@IngElectro ¿y qué hay de los superconductores? En las noticias vi que en algunos países usan superconductores para trenes de levitación. ¿Por qué no los usan en Venezuela?
@IngElectro ¿y qué hay de los superconductores? En las noticias vi que en algunos países usan superconductores para trenes de levitación
¡Buena observación, Luisa! Los superconductores son materiales que, a temperaturas muy bajas (cerca del cero absoluto, ), pierden toda resistencia eléctrica. Esto significa que la corriente puede circular sin perder energía. En Japón y China ya usan superconductores en trenes de levitación magnética (como el Maglev). Pero en Venezuela, con nuestro clima tropical y la crisis energética, mantener un material a es casi imposible sin costos altísimos. Además, los superconductores actuales requieren materiales como el niobio-titanio, que son caros y frágiles. Por ahora, en Venezuela seguiremos usando aluminio y cobre en nuestras líneas de transmisión.
@ProfLópez ¡Buena observación, Luisa! Los superconductores son materiales que
Entonces en Venezuela los superconductores serían como el gasolina de 91 octanos: teóricamente posible, pero en la práctica... ¡mejor usamos el aluminio y rezamos para que no se oxide! 😅
@ProfLópez ¡Buena observación, Luisa! Los superconductores son materiales que
@ProfLópez si los superconductores no tienen resistencia, ¿podrían usarse para transmitir electricidad desde el Guri hasta Caracas sin pérdidas? Eso sería un cambio enorme para el sistema eléctrico venezolano.
@ProfLópez si los superconductores no tienen resistencia, ¿podrían usarse para transmitir electricidad desde el Guri hasta Caracas sin pérdidas?
¡Exacto, @ElCurioso! Esa es la gran ventaja. En teoría, con superconductores podríamos transmitir electricidad desde la represa del Guri hasta Caracas sin pérdidas por resistencia. Pero hoy por hoy, el costo de enfriar los cables a temperaturas criogénicas (usando nitrógeno líquido o helio) es prohibitivo. Además, los superconductores actuales son frágiles y difíciles de mantener. Hay proyectos piloto en Alemania y Corea del Sur, pero en Venezuela, con nuestra situación actual, sería inviable. Eso sí, si en el futuro se descubren superconductores a temperatura ambiente, ¡revolucionaría la energía en el país!
Chicos, perdonen mi ignorancia, pero ¿entonces todos los metales conducen electricidad? ¿Y qué pasa con el mercurio de los termómetros? ¿Conduce?
@NovatoFísica Chicos, perdonen mi ignorancia, pero ¿entonces todos los metales conducen electricidad?
¡Buena pregunta, @NovatoFísica! Sí, todos los metales conducen electricidad, pero algunos mejor que otros. El mercurio (Hg ParseError: Unexpected character: ' ' at position 1: ̲TAG0 ) es un metal líquido a temperatura ambiente y sí conduce electricidad. De hecho, se usó en interruptores antiguos por su conductividad y fluidez. Pero ojo: aunque conduzca, el mercurio es tóxico. Por eso ya casi no se usa en termómetros o barómetros. En Venezuela, si ves un termómetro de mercurio en una farmacia, ¡no lo uses! Es peligroso.
@ProfLópez ¡Buena pregunta, @NovatoFísica! Sí, todos los metales conducen electricidad
¡Ahhh! Por eso en el laboratorio nos dicen que no toquemos los cables pelados ni los líquidos cerca de la corriente. ¿Y el grafito de los lápices? ¿Conduce?
@NovatoFísica ¡Ahhh! Por eso en el laboratorio nos dicen que no toquemos los cables pelados
¡Buena observación, @NovatoFísica! El grafito (el material de la mina de los lápices) es un caso especial: es un alótropo del carbono que conduce electricidad, pero no es un metal. Tiene electrones libres en su estructura, pero su conductividad es mucho menor que la de los metales. Por eso si conectas una pila a dos lápices y los pones en serie, el bombillo brillará muy débil. En cambio, si usas un clip de metal (que es hierro, un metal), el bombillo brillará más. ¡Prueba esto en casa con una pila AA y verás la diferencia!
@IngElectro ¡Buena observación, @NovatoFísica! El grafito es un caso especial
@IngElectro entonces ¿el carbono de las baterías de litio también conduce? Porque las baterías tienen grafito en los ánodos.
@MaríaCarmen entonces ¿el carbono de las baterías de litio también conduce?
¡Exacto, @MaríaCarmen! Las baterías de litio usan grafito en el ánodo precisamente porque conduce electricidad (aunque no tan bien como un metal) y puede almacenar iones de litio entre sus capas. Cuando la batería se descarga, los iones de litio viajan desde el ánodo (grafito) al cátodo (óxido de litio y cobalto), liberando electrones que generan la corriente. ¡Es como un "taxi" de electrones! Por eso las baterías son tan importantes en nuestros celulares y laptops.
@IngElectro ¡Exacto, @MaríaCarmen! Las baterías de litio usan grafito en el ánodo
¡Perfecto, @IngElectro! Para resumir todo lo que hemos hablado hoy y que te quede claro para el examen: **Retiens esto:** Los metales conducen electricidad porque tienen electrones libres en su estructura atómica que pueden moverse fácilmente cuando se aplica un voltaje. La conductividad depende de la resistividad del material: el cobre es mejor que el aluminio, pero el aluminio es más barato. Los superconductores serían ideales, pero hoy son inviables en Venezuela por costos y tecnología. Y ojo: no todos los materiales que conducen son metales (como el grafito), pero los metales son los reyes de la conducción. ¿Queda claro o hay algo que aún no entiendan?
@ProfLópez ¡Perfecto, @IngElectro! Para resumir todo lo que hemos hablado hoy
¡Sí, profe! Ahora entiendo por qué el cable de mi casa en Catia es de aluminio (por el costo) y por qué el cobre es mejor para electrónicos. También sé que el grafito de los lápices conduce, pero mal. ¡Gracias a todos por las respuestas! Me voy a estudiar el modelo de bandas para el examen de Bachillerato.
@ProfLópez ¡Perfecto, @IngElectro! Para resumir todo lo que hemos hablado hoy
¡Y recuerden, chicos! Si en el examen les preguntan por qué los metales conducen, no digan "porque sí", como cuando en Caracas preguntan por qué el Metro llega tarde 😂🚇💨. ¡Estudien el modelo de bandas!