Materiales conductores, aislantes, semiconductores y superconductores

Q: ¿Cuántos electrones forman una carga de −1 C?

Cada electrón tiene una carga de −e, con e = 1,602 × 10−19 C. El número de electrones es n = 1 C ÷ 1,602 × 10−19 C ≈ 6,24 × 1018. Es decir, hacen falta más de seis trillones de electrones (en español, un trillón es 1018) para juntar un culombio de carga negativa. Por eso las cargas de la electricidad estática se miden en nanoculombios o microculombios.

Esta lección es parte de Temario de Física de Undécimo año Lección 6 de 17

Por Andrea del Carmen actualizado el 26 de octubre de 2026 11 min de lectura

Cada vez que conectas un cargador, la electricidad viaja por un cable metálico que va envuelto en plástico. No es casualidad: el metal deja pasar la carga eléctrica con facilidad y el plástico casi no la deja pasar. En esta lección de undécimo año vas a estudiar por qué los materiales se comportan de forma tan distinta ante la electricidad y cómo se clasifican en conductores, aislantes (también llamados aisladores), semiconductores y superconductores.

También verás por qué el agua de la casa puede conducir la electricidad aunque el agua pura casi no lo haga, y por qué estas ideas son la base de varias reglas de seguridad que conviene conocer.

Definición

Un conductor eléctrico es un material en el que las cargas eléctricas se mueven con facilidad, como los metales. Un aislante o aislador es un material en el que las cargas casi no pueden moverse, como el plástico o el vidrio. Entre ambos están los semiconductores, cuya capacidad de conducir se puede controlar, y aparte están los superconductores, que por debajo de cierta temperatura conducen sin ninguna resistencia.

Por qué unos materiales conducen y otros no#

Toda la materia está formada por átomos, con electrones de carga negativa alrededor de un núcleo de carga positiva. Para que haya conducción eléctrica no basta con que existan cargas: hacen falta portadores de carga libres, es decir, partículas cargadas que puedan desplazarse por el material cuando se aplica un voltaje.

En los metales, algunos electrones de cada átomo no quedan atados a un átomo en particular: forman una especie de «mar» de electrones libres que recorre todo el metal. Por eso los metales conducen tan bien.
En los aislantes, los electrones están fuertemente ligados a sus átomos o moléculas. Con un voltaje común casi ninguno se suelta, y la corriente es prácticamente nula.
En las disoluciones, como el agua con sal, los portadores no son electrones sino iones: átomos o grupos de átomos con carga positiva o negativa que se mueven dentro del líquido.

La diferencia se nota también con la electricidad estática. Si frotas una regla de plástico, la carga se queda en la zona frotada, porque en un aislante no puede moverse. En cambio, si un objeto metálico sostenido por un soporte aislante recibe carga, esta se reparte de inmediato por toda su superficie.

Ejemplo. Al frotar una regla de plástico con un paño, la regla queda con una carga de −3,2 × 10⁻⁹ C. ¿Cuántos electrones ganó? Usa la carga elemental e = 1,602 × 10⁻¹⁹ C.

Solución. Cada electrón aporta una carga de −e, así que el número de electrones es n = |q| ÷ e = 3,2 × 10⁻⁹ C ÷ 1,602 × 10⁻¹⁹ C ≈ 2,0 × 10¹⁰. La regla ganó unos veinte mil millones de electrones y, como es un aislante, esa carga se queda en la parte que se frotó.

Ejemplo. Dos esferas metálicas iguales, sobre soportes aislantes, tienen cargas de +6 nC y −2 nC. Se tocan un momento y se separan. ¿Qué carga queda en cada una?

Solución. Como son conductoras e iguales, al tocarse la carga total se reparte por igual. La carga total es +6 nC + (−2 nC) = +4 nC, y cada esfera queda con +4 nC ÷ 2 = +2 nC. La segunda esfera pasó de −2 nC a +2 nC porque perdió electrones por un total de 4 nC: 4 × 10⁻⁹ C ÷ 1,602 × 10⁻¹⁹ C ≈ 2,5 × 10¹⁰ electrones, que pasaron a la primera. Si las esferas fueran de plástico, casi no habría intercambio de carga.

Los conductores#

Los conductores tienen muchos portadores de carga libres y se oponen poco al paso de la corriente. Los más comunes son los metales, como el cobre, el aluminio, la plata, el oro y el hierro. Muchos cables eléctricos son de cobre porque conduce muy bien y se puede estirar en hilos delgados y flexibles. El grafito, la forma del carbono que se usa en la mina de los lápices, también conduce, aunque bastante peor que los metales.

Dejan pasar la corriente con poca pérdida de energía.
En los metales, la resistencia aumenta cuando sube la temperatura: los átomos vibran más y estorban el paso de los electrones.
Un conductor cargado, cuando sus cargas ya están quietas, guarda toda su carga en la superficie exterior.
El cuerpo humano también conduce la corriente; por eso tocar un cable con corriente es peligroso, como verás al final de esta lección.

Los aislantes o aisladores#

Los aislantes tienen muy pocos portadores libres. Son aislantes el plástico, el hule (caucho), el vidrio, la porcelana, la madera seca, el papel seco y el aire seco. Se usan para que la corriente vaya solo por donde debe ir. La guía de seguridad eléctrica de NIOSH, el instituto de salud ocupacional de los Estados Unidos, explica que el aislamiento de los cables se hace con materiales que no conducen la electricidad, por lo general plástico, hule o fibra, y que evita que los conductores se toquen entre sí, lo que provocaría un cortocircuito, y que toquen a las personas.

Ningún aislante es perfecto. Con un voltaje suficientemente alto, hasta el aire se vuelve conductor y salta una chispa; un rayo es ese mismo fenómeno a gran escala. Además, un aislante mojado o sucio puede dejar pasar corriente por su superficie, y un forro roto deja el metal al descubierto.

Los semiconductores y los superconductores#

Semiconductores: conducción que se puede controlar#

Los semiconductores conducen mejor que un aislante, pero peor que un metal. Los más conocidos son el silicio y el germanio. Tienen tres rasgos que los hacen muy valiosos:

Al aumentar la temperatura conducen mejor, al revés que los metales, porque el calor libera más electrones de sus enlaces.
Su conducción se ajusta agregando cantidades muy pequeñas de otros elementos, un proceso llamado dopado. Así se obtienen materiales con electrones de sobra (tipo n) o con «huecos», faltantes de electrones que se comportan como cargas positivas (tipo p).
La luz también puede liberar electrones en un semiconductor, y eso permite convertir luz en electricidad.

Al unir zonas tipo p y tipo n se fabrican diodos, transistores, bombillos LED, celdas solares y los chips de computadoras y celulares. Buena parte de la electrónica que usas todos los días depende de los semiconductores.

Superconductores: resistencia cero#

Un superconductor es un material que, enfriado por debajo de una temperatura crítica, pierde por completo su resistencia eléctrica y conduce corriente continua sin perder energía en forma de calor. Además, al volverse superconductor expulsa de su interior los campos magnéticos débiles.

Según el Departamento de Energía de los Estados Unidos, la superconductividad la descubrió Heike Kamerlingh Onnes en 1911, en mercurio enfriado a la temperatura del helio líquido, unos −452 °F (cerca de −269 °C), apenas unos grados por encima del cero absoluto. En 1986 se descubrió una nueva familia de superconductores, los óxidos de cobre, que funcionan a temperaturas mucho más altas; algunos de ellos, por encima de la del nitrógeno líquido, −321 °F (unos −196 °C). Aun así, todos necesitan enfriamiento. La misma fuente indica que los equipos de resonancia magnética usan una aleación de niobio y titanio, y que los imanes superconductores guían haces de electrones en aceleradores de partículas.

Tipo de material	Cómo conduce	Ejemplos	Un uso
Conductor	Muy bien	Cobre, aluminio, plata	Cables y conexiones
Aislante	Casi nada	Plástico, hule, vidrio, porcelana	Forros de cables y mangos de herramientas
Semiconductor	De forma intermedia y controlable	Silicio, germanio	Chips, LED y celdas solares
Superconductor	Sin resistencia, solo si está muy frío	Aleación de niobio y titanio	Imanes de resonancia magnética

El agua con sales: conducción en disoluciones#

El agua pura conduce muy mal la electricidad, porque casi no tiene iones. Pero el agua de la llave, la de un río o la del mar lleva sales y minerales disueltos. Al disolverse, una sal como el cloruro de sodio (NaCl) se separa en iones Na⁺ y Cl⁻, que se mueven en el líquido: los positivos hacia el polo negativo y los negativos hacia el positivo. El Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) lo resume así: basta una pequeña cantidad de iones para que el agua pueda conducir la electricidad.

El programa del MEP propone una experiencia sencilla. Se arma un circuito con una pila y un LED, y se dejan dos extremos de cable libres que se meten en un recipiente con agua. Con agua de distintas fuentes, a veces el LED enciende y a veces no, según las sales que traiga. Si se le agrega sal, el LED alumbra más, porque hay más iones que transportan la carga. Con el mismo circuito se puede probar la mina de un lápiz, que conduce por el grafito, aunque el resultado depende del tipo de mina.

La conducción por iones también ocurre dentro de las pilas y baterías, que tienen en su interior una sustancia llamada electrolito, y en el agua de mar, que tiene muchas sales disueltas.

Conductores, aislantes y tu seguridad#

Todo lo anterior explica varias reglas de seguridad. El cuerpo conduce la corriente, y la piel seca es la parte que más se opone a su paso. La guía de NIOSH indica que la piel seca puede tener una resistencia de 100 000 ohmios o más, mientras que la piel mojada puede tener solo unos 1000 ohmios: cien veces menos. Con menos resistencia, el mismo voltaje produce una corriente mayor y una descarga más grave. La misma guía añade que la ropa mojada, la humedad y el sudor aumentan el riesgo. Por eso:

No se tocan enchufes, interruptores ni aparatos eléctricos con las manos mojadas, ni estando descalzo sobre un piso húmedo.
No se usan cables con el forro roto o pelado: NIOSH advierte que el aislamiento gastado o dañado es un peligro porque puede dejar expuesto el conductor.
Según NIOSH, las líneas eléctricas aéreas por lo general no tienen aislamiento. Nunca se acercan escaleras, varillas ni cometas a los cables de los postes.
Los mangos aislantes de las herramientas protegen solo si están secos y en buen estado.

En la lección de la Ley de Ohm verás cómo calcular la corriente que pasaría por el cuerpo con la piel seca y con la piel mojada.

Ponte a prueba#

¿Por qué los metales conducen la electricidad y el plástico casi no?#

Porque en los metales hay electrones libres: no quedan atados a un átomo y pueden moverse por todo el material cuando se aplica un voltaje, así que forman la corriente. En el plástico, en cambio, los electrones están fuertemente ligados a sus moléculas y casi ninguno se suelta con un voltaje común. Sin portadores de carga libres no hay corriente, y por eso el plástico es un buen aislante para los forros de los cables.

¿Por qué el agua con sal conduce mejor que el agua destilada?#

En el agua, la corriente la transportan iones, no electrones libres. El agua destilada casi no tiene iones, así que conduce muy mal. Al disolver sal, el cloruro de sodio se separa en iones Na⁺ y Cl⁻, que se mueven en sentidos opuestos cuando se aplica un voltaje. Cuantos más iones hay, más carga se transporta; por eso, en la experiencia del LED, este alumbra más al agregar sal al agua.

¿Qué le pasa a la conducción de un semiconductor cuando se calienta?#

Conduce mejor. El calor da energía a los electrones del semiconductor y libera más de sus enlaces, de modo que hay más portadores de carga. En un metal pasa lo contrario: ya tiene muchísimos electrones libres, y al calentarse sus átomos vibran más y estorban su paso, por lo que su resistencia aumenta. Esta diferencia es una de las formas de distinguir un semiconductor de un conductor metálico.

¿Cuántos electrones forman una carga de −1 C?#

Cada electrón tiene una carga de −e, con e = 1,602 × 10⁻¹⁹ C. El número de electrones es n = 1 C ÷ 1,602 × 10⁻¹⁹ C ≈ 6,24 × 10¹⁸. Es decir, hacen falta más de seis trillones de electrones (en español, un trillón es 10¹⁸) para juntar un culombio de carga negativa. Por eso las cargas de la electricidad estática se miden en nanoculombios o microculombios.

¿Qué carga queda en cada esfera si dos esferas metálicas iguales, con +8 nC y +2 nC, se tocan y se separan?#

Las esferas son conductoras e iguales, así que al tocarse la carga total se reparte por igual entre las dos. La carga total es +8 nC + 2 nC = +10 nC, y cada una queda con +10 nC ÷ 2 = +5 nC. La primera perdió carga positiva porque recibió electrones de la segunda. Si fueran esferas de plástico, la carga se quedaría casi toda donde estaba.