Propiedades Fundamentales de Materiales: Conductividad y Magnetismo Eléctrico

Fundamentos del Flujo de Corriente Eléctrica

El flujo de corriente implica el movimiento de portadores de carga, pequeñas partículas infinitesimales que poseen una carga eléctrica. La naturaleza de estos portadores varía según el medio:

• En sólidos: son los electrones.
• En solución líquida: son iones positivos y negativos.

Este movimiento es provocado por el voltaje. Sin embargo, es frenado por las características intrínsecas del material, como su estructura atómica y los enlaces entre átomos y moléculas.

Resistividad y Conductividad

Dos propiedades básicas definen la respuesta de un material al flujo eléctrico:

Resistividad ($\rho$)

Es la propiedad fundamental que define la capacidad de un material para resistir el flujo de corriente.

Conductividad ($\sigma$)

Es el recíproco de la resistividad ($\sigma = 1/\rho$).

Clasificación de Materiales por Conductividad

Los materiales se clasifican según su capacidad para conducir electricidad:

Metales

• Son los mejores conductores, debido a la presencia de enlaces metálicos.
• Presentan la resistividad más baja.

Cerámicos y Polímeros

• Son pobres conductores (aislantes), gracias a sus enlaces covalentes o iónicos.
• Poseen una resistividad alta.

La clasificación general de los materiales eléctricos es:

1. Superconductor
2. Conductor
3. Semiconductor
4. Aislante (Dieléctrico)

Superconductor

Material con resistencia nula. Se observa en ciertos metales y cerámicos a temperaturas muy bajas (cercanas al cero absoluto). Sus aplicaciones incluyen la transmisión de potencia, la velocidad en la conmutación electrónica y la generación de campos magnéticos intensos.

Conductor

• Materiales con alta conductividad.
• Resistividad baja, típicamente entre $10^{-8}$ y $10^{-7} \ \Omega\cdot\text{m}$.

Semiconductor

Presentan una resistividad media, situada entre la de los conductores y la de los aislantes, con valores entre $10^1$ y $10^5 \ \Omega\cdot\text{m}$. Ejemplos comunes son los monocristales de silicio, germanio y arseniuro de galio.

Aislante o Dieléctrico

• El término dieléctrico significa que no conduce la corriente directa.
• Presentan una resistividad muy alta, generalmente entre $10^{12}$ y $10^{15} \ \Omega\cdot\text{m}$.

Comportamiento Magnético de los Materiales

Además de sus propiedades eléctricas, los materiales exhiben diferentes respuestas ante campos magnéticos externos:

Diamagnetismo

Propiedad que muestran algunos materiales de ser rechazados débilmente por un imán. Ejemplo: bismuto.

Paramagnetismo

Propiedad que muestran algunos materiales de ser atraídos débilmente por un imán. Ejemplo: oxígeno.

Ferromagnetismo

Propiedad que muestran algunos materiales de ser fuertemente atraídos por un imán. Ejemplos notables son el hierro, níquel y cobalto.

Ferrimagnetismo

Propiedad que muestran algunos materiales que, debido a interacciones específicas entre átomos e iones adyacentes, presentan muy poco magnetismo externo neto. Ejemplos incluyen la ferrita y el granate de itrio y hierro ($\text{Y}_3\text{Fe}_5\text{O}_{12}$).

Antiferromagnetismo

Propiedad que tienen ciertos materiales que, aunque presentan magnetismo a nivel atómico, este se cancela, manifestándose un magnetismo externo nulo o muy bajo, situándose su comportamiento como intermedio entre el ferromagnetismo y el ferrimagnetismo.