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¿Qué material utilizar para conducir la corriente eléctrica?
La conducción en metales y resistencias está bien descrita por la Ley de Ohm, que establece que la corriente es proporcional al campoeléctrico aplicado. Se calcula la conductividad σ para caracterizar la facilidad con la que aparece en un material una corriente de densidad (corriente por unidad de área)
Sólidos (incluidos los sólidosaislantes)
En los sólidos cristalinos, los átomos interaccionan con sus vecinos, y los niveles de energía de los átomos individuales forman bandas. El hecho de que un material conduzca o no, vienedeterminado por su estructura de bandas y por la ocupación de dichas bandas determinada por los niveles de Fermi. Los electrones, al ser fermiones, siguen el principio de exclusión de Pauli, por lo quedos electrones dentro de un mismo sistema de interacciones no pueden ocupar el mismo estado, lo cual significa que sus cuatro números cuánticos han de diferir. Así los electrones en un sólido rellenanbandas de energía hasta un cierto nivel, llamado la energía de Fermi. Las bandas que están completamente llenas de electrones no pueden conducir la electricidad, porque no hay estados cercanos deenergía a los que los electrones puedan saltar. Los materiales con todas las bandas llenas (la energía de Fermi es entre dos bandas) son aislantes. Sin embargo, en algunos casos, la teoría de bandasfalla y materiales que se predecían como conductores por la teoría de bandas se vuelven aislantes.
Metales
Los metales son buenos conductores de la electricidad y del calor porque tienen espacios sinrellenar en la banda de energía de valencia. (El nivel de Fermi marca una ocupación sólo parcial de la banda). En ausencia de campos eléctricos, la conducción eléctrica se produce en todas direccionesa velocidades muy elevadas. Incluso a la temperatura más fría posible - en el cero absoluto - la conducción eléctrica puede aún darse a las velocidad de Fermi (la velocidad de los electrones con...