Aislamiento eléctrico para niños
Un aislante eléctrico es un material cuyas cargas eléctricas internas no pueden moverse causando una escasa magnitud de corriente bajo la influencia de un campo eléctrico, a diferencia de los materiales conductores y semiconductores, que conducen fácilmente una corriente eléctrica. La característica fundamental que distingue a los materiales aislantes es su alta resistividad comparada con los semiconductores y conductores.
El aislamiento eléctrico perfecto no existe; incluso el mejor aislamiento contiene pequeños portadores móviles (portadores de carga), capaces de transportar corriente. Por lo cual, cualquier tipo de aislamiento se vuelve conductor cuando se le aplica una tensión lo suficientemente alta como para que dispare electrones de los átomos que constituyen el material. Este valor se conoce como tensión de ruptura de un aislamiento. Comúnmente se atribuye como buen Aislante el vidrio, el papel y el teflón, los cuales cuentan con una alta resistividad. Los materiales aislantes tienen la función de evitar el contacto entre las diferentes partes conductoras (aislamiento de la instalación) y proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas (aislamiento protector). Un ejemplo de estos materiales son los polímeros similares al caucho, y la mayoría de plásticos que pueden ser de naturaleza termoestable o termoplástica.
El aislamiento se usa ampliamente en equipos eléctricos para separar conductores eléctricos y evitar que fluya corriente eléctrica entre ellos. El aislamiento se usa también para cubrir los cables eléctricos. Existen distintos niveles de aislamiento para cables eléctricos, en baja tensión los dos más comunes son 450/750 V y 0.6/1 kV. El término aislador se refiere específicamente a los soportes aislantes usados para fijar las líneas de transmisión o de distribución a postes y torres de transmisión. Los aisladores soportan el peso de las líneas y evitan que fluya corriente a través de estas hacia la estructura que las soporta.
Física de conducción en sólido
De acuerdo con la teoría moderna de la materia (comprobada por resultados experimentales), los átomos de la materia están constituidos por un núcleo cargado positivamente, alrededor del cual giran a gran velocidad cargas eléctricas negativas. Estas cargas negativas, los electrones, son indivisibles e idénticas para toda la materia.
En los elementos llamados conductores, algunos de estos electrones pueden pasar libremente de un átomo a otro cuando se aplica una diferencia de potencial (o tensión eléctrica) entre los extremos del conductor.
A este movimiento de electrones es a lo que se llama corriente eléctrica. Algunos materiales, principalmente los metales, tienen un gran número de electrones libres que pueden moverse a través del material. Estos materiales tienen la facilidad de transmitir carga de un objeto a otro, estos son los antes mencionados conductores.
Ley de Ohm
El voltaje hace que la electricidad fluya a lo largo de los alambres de cobre, mientras que el aislamiento que cubre dichos alambres ejercen una resistencia al paso de corriente, que es mucho menor a lo largo del alambre.
Al aplicar la ley de Ohm al alambre, tendremos que a menor resistencia del alambre, se tendrá más corriente con el mismo voltaje. Es importante tener presente que ningún aislamiento es perfecto (su resistencia no es infinita), de modo que cierta cantidad de electricidad fluye a lo largo del aislamiento a través de la tierra. Esta corriente puede ser de millonésimas de amperios, pero se debe medir con un buen instrumento de prueba de aislamiento, como el megóhmetro, popularmente conocido como «Megger».
En resumen, un buen aislamiento es el que no se deteriora al aumentar el voltaje y por ende, la corriente, obteniéndose una resistencia alta, la cual se debe mantener en el tiempo. Esto se visualiza al realizar mediciones periódicas y estudiando la tendencia que provoca que un aislamiento se deteriore.
Existen diferentes tipos de sobretensiones:
- Sobretensiones en régimen permanente, o sobretensiones permanentes o en sus proximidades). Se caracterizan por un frente escarpado de duración comprendida entre microsegundos y milisegundos:
- Frente lento: Frente de 20 microsegundos a 500 microsegundos, cola de hasta 20 milisegundos.
- Frente rápido: Frente de 0,1 microsegundos a 20 microsegundos, cola de hasta 300 microsegundos.
- Frente muy rápido: Frente menor(que haya contacto eléctrico) Los materiales utilizados más frecuentemente son los plásticos y las cerámicas.
El comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que se establece entre las bandas de valencia y conducción, que dificulta la existencia de electrones libres capaces de conducir la electricidad a través del material (para más detalles ver semiconductor).
Un material aislante de la electricidad tiene una resistencia teóricamente infinita. Algunos materiales, como el aire o el agua son aislantes bajo ciertas condiciones pero no para otras. El aire, por ejemplo, aislante a temperatura ambiente y bajo condiciones de frecuencia de la señal y potencia relativamente bajas, puede convertirse en conductor.
Materiales conductores: metales, hierro, mercurio, oro, plata, cobre, platino, plomo, etc.
Materiales aislantes: plástico, madera, cerámicas, goma.
Historia
Los primeros sistemas eléctricos que utilizaron aisladores fueron las líneas telegráficas; la fijación directa de los cables a los postes de madera daba muy malos resultados, especialmente cuando había humedad.
Los primeros aislantes de vidrio que se utilizaron en grandes cantidades tenían un orificio sin rosca. Estos trozos de vidrio se colocaban sobre un pasador de madera cónico, que se extendía verticalmente hacia arriba desde la cruceta del poste (comúnmente sólo dos aisladores a un poste y tal vez uno encima del propio poste). La contracción y dilatación natural de los cables atados a estos "aisladores sin hilo" hacía que los aisladores se desprendieran de sus clavijas, lo que requería un reajuste manual.
Entre los primeros en producir aisladores de cerámica se encuentran las empresas del Reino Unido, con Stiff y Royal Doulton utilizando gres desde mediados de la década de 1840, Joseph Bourne (que posteriormente pasó a llamarse Denby Pottery Company) produciéndolos desde aproximadamente 1860 y Bullers desde 1868. La patente número 48.906 fue concedida a Louis A. Cauvet el 25 de julio de 1865 por un proceso para producir aisladores con un orificio roscado: los aisladores de tipo pasador siguen teniendo orificios roscados.
La invención de los aisladores de suspensión hizo posible la transmisión de energía de alta tensión. A medida que las tensiones de las líneas de transmisión alcanzaban y superaban los 60.000 voltios, los aisladores necesarios se hacían muy grandes y pesados, y los fabricados para un margen de seguridad de 88.000 voltios eran el límite práctico para su fabricación e instalación. Los aisladores de suspensión, en cambio, pueden conectarse en cadenas tan largas como lo requiera la tensión de la línea.
Se ha fabricado una gran variedad de aisladores telefónicos, telegráficos y eléctricos; algunas personas los coleccionan, tanto por su interés histórico como por la calidad estética de muchos diseños y acabados de aisladores. Existe una organización de coleccionistas que es la US National Insulator Association (Asociación Nacional de Aisladores de Estados Unidos), que cuenta con más de 9.000 miembros.
Véase también
En inglés: Insulator (electricity) Facts for Kids
- Banda prohibida
- Conductor eléctrico
- Dieléctrico
- Electricidad
- Jícara (electricidad)
- corriente eléctrica
