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Conductividad [editar]


Un rayo consiste básicamente de un flujo de electrones.114 El potencial eléctrico necesario para que exista el rayo puede ser generado para un efecto triboeléctrico.115 116
Si un cuerpo tiene más o menos electrones de los necesarios para equilibrar la carga positiva del núcleo, entonces este objeto tiene una carga eléctrica neta. Cuando hay un exceso de electrones, sedice que este objeto está cargado negativamente, por otra parte, cuando hay un defecto de electrones (menos electrones que protones en el núcleo), se dice que este objeto está cargado positivamente. Cuando el número de protones y de electrones son equivalentes, las cargas se cancelan y se dice que el objeto es eléctricamente neutro. En un cuerpo macroscópico puede aparecer una carga eléctrica sise frota, lo que se explica por el efecto triboeléctrico.117
Los electrones independientes que se mueven en el vacío se llaman electrones libres. Los electrones de metales se comportan como si fueran libres. En realidad, las partículas de los metales y otros sólidos que se denominan normalmente electrones son quasielectrones (quasipartículas): tienen la misma carga eléctrica, espín y momentomagnético que los electrones reales pero pueden tener una masa diferente.118 Cuando los electrones libres —tanto en el vacío como en un metal— se mueven, producen un flujo neto de carga llamado corriente eléctrica que genera un campo magnético. De la misma manera, se puede crear una corriente eléctrica mediante un campo magnético variable. Estas interacciones son descritas matemáticamente por lasecuaciones de Maxwell.119
A una temperatura dada, cada material tiene una conductividad eléctrica que determina el valor de la corriente eléctrica cuando se aplica un potencial eléctrico. Algunos ejemplos de buenos conductores son los metales como el cobre y el oro, mientras que el vidrio y el teflón son malos conductores. En cualquier material dieléctrico, los electrones permanecen enlazados a susrespectivos átomos y el material se comporta como un aislante. La mayoría de semiconductores tienen un nivel variable de conductividad que está entre los extremos de conductor y aislante.120 Por otra parte, los metales poseen una estructura de banda electrónica que contiene bandas electrónicas rellenadas parcialmente. La presencia de estas bandas permite a los electrones de los metales comportarsecomo si fueran electrones libres o desapareados. Estos electrones no se asocian con átomos específicos, por lo que, cuando se aplica un campo eléctrico, tienen libertad de movimiento a través del material como si fueran un gas (lo que se denomina como gas de Fermi)121 igual que si fueran electrones libres.
Debido a las colisiones entre electrones y átomos, la velocidad derivada de los electronesen un conductor se representa por medio de los milímetros por segundo. Sin embargo, la velocidad a la que un cambio de corriente en un punto del material causa cambios en las corrientes de otras partes del material (velocidad de propagación) suele ser un 75% de la velocidad de la luz.122 Esto explica porqué los impulsos eléctricos se propagan en forma de onda, su velocidad depende de la constantedieléctrica del material.123
Los metales son unos conductores del calor relativamente buenos, básicamente porque los electrones deslocalizados se encuentran libres para transportar energía térmica entre átomos. Sin embargo, a diferencia de la conductividad eléctrica, la conductividad térmica de un metal es casi independiente de la temperatura. Esto se expresa matemáticamente por la ley deWiedemann-Franz,121 que postula que la proporción de la conductividad térmica con respecto a la conductividad eléctrica es proporcional a la temperatura. El desorden térmico de la red metálica incrementa la resistividad eléctrica del material, lo que produce una dependencia de la temperatura por la corriente eléctrica.124
Cuando los materiales se enfrían por debajo de un punto llamado punto crítico...