DENSIDAD
kg/dm3
10,5
8,9
19,3
2,7
7,8
4 Otro efecto de las temperaturas muy bajas es la superfluidez del helio líquido que, a tres grados Kelvin, pierde por completo su viscosidad. Cuando se lo deja de agitar, en vez de detenerse, al rato, como lo hacen los demás líquidos, se mantiene en movimiento.
R = r L
A
G = g A
L
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En 1986 K. A. Müller y J. G. Bednorz desarrollaron materiales que presentan superconductividad a temperaturas superiores a los 77 K y recibieron, por eso, el premio Nobel de Física de 1987. La receta para fabricarlos resultó tan sencilla des- pués del descubrimiento, que la hija de uno de ellos la puso en práctica en una feria escolar de ciencias. Esos materiales, de la familia de los cerámicos, se conocen como YBCO, en inglés óxidos de itrio, bario y cobre, y son superconductores de alta tem- peratura. Aquí alta significa 195 grados bajo cero,5 que es la temperatura de ebulli- ción del nitrógeno a la presión normal. Ese gas es el más abundante del aire.
La explicación de la superconductividad se basa en la física cuántica y es algo complejo, especialmente, la de alta temperatura.
Hay variadas aplicaciones de los superconductores. Se los usa en trenes de alta velocidad, que levitan sin rozamiento sobre rieles magnéticos. En algunos tomó- grafos computados, en hospitales, se hacen circular, por superconductores, corrien- tes eléctricas muy grandes, que generan campos magnéticos intensos, necesarios para el análisis por resonancia magnética nuclear.6 Los reactores de fusión nuclear, hoy todavía experimentales, emplean superconductores para las grandes corrientes que generan el campo magnético que mantiene el plasma en su sitio. Se usan, tam- bién, en el Gran Chocador de Hadrones, en Suiza, donde forman parte de los elec- troimanes que hacen girar en círculos las partículas aceleradas. Algunas estaciones de telefonía celular emplean superconductores en sus generadores de microondas, y se los usa también en memorias de computadoras de alta velocidad.
Quizá la energía de las centrales eléctricas se transmita, algún día, por super- conductores de temperatura ambiente, si su existencia fuera posible.
Semiconductores
A veces hay que conducir, lo mejor posible, la electricidad; y, en otros casos, se trata, al contrario, de aislarla cuanto se pueda. Para eso se necesitan materiales de elevada conductividad y de gran resistividad, respectivamente.
67Ma t e r i a l e s e l é c t r i c o s
Cuando se aprietan las teclas, los puntos negros (de goma con- ductora) unen los con- tactos de cobre del circuito impreso.
l
l Levitación magnética. Un imán per- manece suspendido sobre un material superconductor enfriado con nitrógeno líquido, y viceversa.
5 Los grados de temperatura de la escala centígrada se indican con el símbolo °C; los de la escala Kelvin o absoluta, con la letra K, sin el círculo elevado. La temperatura de 0 °C equivale a 273,16 K.
6 En capítulos siguientes se trata el tema con mayor detalle.
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Pero, también, son útiles los materiales de condición intermedia entre la con- ducción y la aislación, sea porque deban tener cierta resistencia eléctrica para la función que cumplen o, simplemente, porque son baratos y no se necesita una conductividad mayor.
El cable de media tensión de la figura tiene un alma conductora de 19 alambres de cobre estañado, un aislante de polietileno amarillo, una envoltura de tierra de papel metálico, una malla protectora de acero y una funda de plástico rojo. Pero, entre el cobre y el aislante hay unas capas negras de un plástico semicon- ductor, cuya función es la de evitar que dentro del cable quede aire so- metido a un campo eléctrico intenso, porque haría chispas que en pocos años destruirían la aislación.7
En este caso no se buscó, especialmente, que esas envolturas fuesen semicon- ductoras; servirían, igualmente, si condujesen tanto como un metal.
Los teclados de controles remotos y computadoras, suelen tener contactos de goma semiconductora, pero si la goma fuera muy conductora, serviría igualmente. De hecho, la hacen todo lo conductiva que pueden.
En otros casos se necesita, en cambio, que el material tenga cierta resistencia. Por ejemplo, para pintar las líneas calefactoras en la luneta trasera de los coches, que evitan la condensación de humedad, se usa una pintura de polvo de cobre que conduce bastante menos que un cable del mismo material.8
Otro ejemplo en el que la conducción parcial es útil, es el de los terminales de media y alta tensión, en los que no alcanza con pelar el cable, simple- mente. Donde termina la malla de tierra hay que arrollar cinta semiconductora en forma de cono, para repartir el efecto de borde y evitar chispas.9
Aislantes orgánicos e inorgánicos
Por su relación con los organismos vivientes y la antigua creencia de que sólo E l e c t r i c i d a d y e l e c t r ó n i c a68
Contacto ingenioso. La unión eléctrica entre los contactos de oro de la pantalla de cristal líquido y el circuito impreso de cobre, se hace a pre- sión, a través de tiras de goma aislante con segmentos conducto- res intercalados. En vez de oro se usan, también, compuestos conductores transpa- rentes de estaño y de indio.
l
7 Ese efecto de chisporroteo débil pero, permanente, se conoce como descargas parciales. Se las estudia –y se las trata de evitar– desde hace sesenta años. En un cable se admiten descargas parciales de hasta cinco picocoulomb.
8 Recordemos que la potencia eléctrica, en watt, se calcula como P = U2/R, donde U es la tensión en volt, y R la resis- tencia, en ohm. La tensión de la batería de un coche es de 12 V; si se quiere una potencia de calefacción de 36 W, la resistencia de calefacción tiene que ser de 4 .
9 La subestación transformadora Azopardo, que abastecía a más de un millón de habitantes en Buenos Aires, quedó destruida por completo en 1999, tres meses después de su inauguración. Se ha especulado que el siniestro se pudo deber a una confusión entre la cinta aislante y la conductora, usadas para empalmar cables de 132 kV.
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ellos los podían producir, hoy se llaman materiales orgánicos los compuestos del carbono en general, con excepción de los carburos, los carbonatos y los óxidos. Por similitud de las uniones químicas, se incluyen entre los materiales orgánicos los compuestos del silicio del mismo tipo.
Por ejemplo, la glucosa, la celulosa, el polietileno, el ácido acético y la goma de silicona son materias orgánicas. En cambio el vidrio, el cuarzo, la cerámica, el aire y la vidia (carburo de tungsteno, titanio y molibdeno) son materiales inorgá- nicos, aunque algunos de ellos contengan carbono, o silicio.
En toda época, se usaron aislantes de las dos categorías, por ejemplo, cinta aisla- dora de tela de algodón impregnada en caucho natural, o gutapercha, que todavía se vende, y alambres de cobre estañados y aislados en goma y tela, encerados para que resbalen dentro de los caños. Para usarlos bajo los rayos del Sol, sin que se degradasen, se los cubría con plomo.10 Si hoy pedimos en una casa de electricidad cor- dón símil plomo, nos darán uno de apariencia idéntica a la del antiguo, pero, de plástico gris, estable ante la radia- ción solar. Esa clase de instalación, tan precaria, hoy está en desuso, y prohibida.
En media y alta tensión, los aislantes tradicionales eran inorgánicos: la porcelana y el vidrio, que todavía se usan. Hace 60 años no había otros materiales confiables, que sólo se pudieron desarrollar después de terminada la Segunda Guerra Mundial.
La porcelana es un material cerámico, es decir, que resulta de la cocción de tie- rras. Se fabrica con una arcilla muy fina y blanca, el caolín, con la que se hace barro, se le da forma, se lo seca y se lo cuece a temperaturas superiores a los mil grados. Cuando está bien hecha resulta compacta y sin poros, pero la porcelana igualmente se esmalta