1. Estructura de electrones:
* Electrones libres: El factor más importante es la disponibilidad de electrones libres. Los metales tienen una estructura electrónica única donde sus electrones más externos están unidos libremente y pueden moverse fácilmente por todo el material. Estos electrones libres actúan como portadores de carga, lo que permite un fácil flujo de electricidad o calor.
* Banda de valencia: En los aisladores, la banda de valencia (donde los electrones están bien unidos a los átomos) se llena completamente, y hay una gran brecha de energía en la banda de conducción (donde los electrones pueden moverse libremente). Esto evita el flujo de carga.
* banda de conducción: En los semiconductores, la brecha de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción es más pequeña, lo que permite que algunos electrones salten a la banda de conducción y contribuyan a la conductividad. Esto puede verse influenciado por factores como la temperatura y el dopaje.
2. Estructura atómica:
* espaciado atómico: Los materiales con átomos muy repletos permiten un movimiento de electrones más fácil. Esta es la razón por la cual los materiales más densos como los metales tienden a ser buenos conductores.
* Estructura cristalina: La disposición de los átomos en una red de cristal puede afectar la conductividad. Las redes perfectamente ordenadas ofrecen menos resistencia al flujo de electrones en comparación con las estructuras desordenadas.
3. Temperatura:
* Calor y resistencia: En general, el aumento de la temperatura aumenta la resistencia en la mayoría de los materiales. Esto se debe a que los átomos vibran más vigorosamente, lo que dificulta que los electrones se muevan libremente.
* superconductores: Algunos materiales se convierten en superconductores a temperaturas extremadamente bajas. Su resistencia cae a cero, lo que permite un flujo de electricidad perfectamente eficiente.
4. Impurezas y defectos:
* defectos de la red: Cualquier irregularidad en la red cristalina, como dislocaciones o límites de grano, puede impedir el flujo de electrones, aumentando la resistencia.
* impurezas: Los átomos extraños dentro del material pueden interrumpir la disposición regular de los átomos, lo que también conduce a una mayor resistencia.
Ejemplos específicos:
* metales: El cobre, la plata y el oro son excelentes conductores eléctricos debido a su abundancia de electrones libres y un envasado atómico cercano.
* aisladores: El vidrio, el caucho y el plástico son buenos aisladores porque tienen electrones bien unidos y grandes espacios de energía entre sus bandas de valencia y conducción.
* semiconductores: El silicio y el germanio son semiconductores. Su conductividad puede controlarse mediante el dopaje (agregando impurezas) para crear dispositivos electrónicos específicos.
Key Takeaway:
En última instancia, la capacidad de un material para realizar electricidad o calor depende de la facilidad con la que los electrones pueden moverse a través de él. Esto está influenciado por factores como la estructura atómica del material, la configuración de electrones, la temperatura y la presencia de impurezas.
