01 · Punto de partida
Un cable son dos materiales
Si pelás la punta de un cable vas a encontrar dos cosas: por dentro, cobre, que lleva la corriente; por fuera, plástico de color, que impide que se escape hacia donde no debe. Y dentro de un LED o de un chip hay un tercer tipo de material, que no hace ninguna de las dos cosas de forma fija: controla el paso.
Con este tema empieza el tercer bloque del curso, dedicado a los componentes. Antes de mirar piezas conviene mirar de qué están hechas, porque toda la electrónica, desde un resistor hasta un procesador, es una combinación de estos tres materiales.
La pregunta que los separa ya la conocés del Tema 6: ¿qué tan libres están los electrones para moverse?
- ¿Por qué el cobre conduce y el plástico no?
- ¿El agua conduce? ¿Y el cuerpo humano?
- ¿Qué tiene de «semi» un semiconductor?
- ¿Cómo puede un material funcionar como una llave?
02 · Los tres
Qué los diferencia por dentro
En el simulador del Tema 6 viste el interior de un material: átomos fijos y electrones entre ellos. Lo que cambia de un tipo de material a otro es cuántos de esos electrones pueden desplazarse.
Conductores
Cada átomo aporta electrones que quedan libres para moverse por todo el material. Cobre, aluminio, oro, hierro: casi todos los metales.
Aislantes
Los electrones están ligados a sus átomos y no pueden desplazarse. Plástico, vidrio, cerámica, goma, aire seco.
Semiconductores
Por sí solos conducen muy poco, pero se los puede preparar para que conduzcan cuando se cumple una condición. El más usado es el silicio.
| Tipo | Resistencia | Para qué se usa | Ejemplo en tu mesa |
|---|---|---|---|
| Conductor | Muy baja | Llevar la corriente de un punto a otro | El cobre de los cables |
| Aislante | Altísima | Separar lo que no debe tocarse | La funda de los cables, el cuerpo de la protoboard |
| Semiconductor | Variable | Decidir si la corriente pasa o no | El interior de un LED o de un chip |
Ninguno es mejor que otro. Un circuito hecho solo de conductores sería un cortocircuito; uno hecho solo de aislantes no haría nada. Cada material es necesario en su lugar.
03 · Una escala
No son tres cajas: es una escala
La división en tres tipos es útil, pero esconde algo: entre el mejor conductor y el mejor aislante hay una diferencia tan grande que cuesta imaginarla. Un trozo de vidrio ofrece más de un trillón de veces la resistencia que un trozo de cobre del mismo tamaño. Y entre los dos extremos hay materiales de todos los valores intermedios.
Además, la posición de un material en esa escala no es fija. Depende de las condiciones:
- La humedad y las sales
- El agua pura conduce muy poco. Lo que conduce son las sales disueltas en ella. Por eso el agua de la canilla conduce más que la destilada, y la piel mojada mucho más que la seca.
- La tensión aplicada
- Todo aislante tiene un límite. El aire aísla perfectamente a 9 V, pero con miles de voltios deja pasar una chispa: eso es un rayo.
- El estado del material
- Un metal oxidado o sucio conduce peor. Un plástico quemado puede empezar a conducir.
- La forma
- Como viste en el Tema 6, la resistencia de un objeto depende también de su largo y de su grosor, no solo de qué está hecho.
04 · Simulador
Probador de materiales
Un circuito sencillo con una pila, un resistor y un LED, interrumpido por dos pinzas. Lo que coloques entre las pinzas cierra el camino, o no. Elegí un objeto, apostá a qué categoría pertenece y después mirá el resultado. La escala de abajo ubica su resistencia y va guardando todo lo que probaste.
¿Conduce, conduce a medias o aísla?
aciertos: 0 de 0
Elegí un objeto y apostá: ¿el LED va a encender?
Qué probar
- 1Empezá por los fáciles: la moneda y el plástico.
Uno enciende el LED a pleno y el otro no deja pasar nada. Mirá a qué distancia quedan en la escala.
- 2Probá la mina de lápiz.
El grafito conduce, pero peor que un metal. No es un metal y sin embargo está del lado de los conductores.
- 3Compará las tres aguas.
Destilada, de la canilla y con sal: el mismo líquido en tres lugares distintos de la escala. Lo que cambia es cuántas sales lleva disueltas.
- 4Compará el dedo seco con el mojado.
En los dos casos el LED queda apagado, pero mirá la corriente: no es cero. El LED es un detector tosco; que no encienda no quiere decir que no circule nada.
- 5Probá el diodo en los dos sentidos.
El mismo objeto cae en dos categorías opuestas. Es la primera señal de que un semiconductor no se comporta como los demás.
- 6Elegí el transistor y mové la señal de control.
Un solo objeto recorre casi toda la escala, de aislante a conductor, según una señal externa. Eso es lo que hace especial a un semiconductor.
Preguntas para pensar
- Con el dedo seco el LED no enciende. ¿Es correcto decir que la piel es un aislante?
- ¿Por qué el agua con sal conduce mucho más que el agua destilada, si las dos son agua?
- De todos los objetos, ¿cuáles pueden cambiar de categoría sin que los toques?
Ver respuestas sugeridas
- No del todo. Deja pasar una corriente muy chica, que con 9 V es inofensiva y no alcanza para el LED. Es un mal conductor. Con tensiones mucho mayores, esa misma piel deja pasar corrientes peligrosas.
- Porque la corriente la transportan las partículas de sal disueltas, que tienen carga y pueden moverse por el líquido. El agua sola casi no tiene cargas libres.
- El diodo, que cambia según el sentido en que se lo conecta, y el transistor, que cambia según la señal de control. Son los dos semiconductores de la lista.
05 · El semiconductor
El semiconductor: conducir a pedido
El silicio puro está cerca del medio de la escala: conduce muy poco. Lo que lo vuelve útil es que se lo puede modificar a propósito. Si al fabricarlo se le agregan cantidades mínimas de otros elementos, en ciertas zonas quedan electrones de sobra y en otras quedan lugares vacantes. A ese proceso se lo llama dopado.
Lo interesante ocurre donde se tocan dos zonas distintas. Esa frontera responde a la tensión que se le aplica: con una tensión deja pasar la corriente y con otra la bloquea. El resultado es un material cuya capacidad de conducir se enciende y se apaga con una señal eléctrica.
- 1Dos zonas: el diodo.
Deja pasar la corriente en un sentido y la bloquea en el otro. Es lo que probaste en el simulador. Un LED es un diodo que, además, emite luz (Tema 17).
- 2Tres zonas: el transistor.
Una señal pequeña aplicada en la zona del medio decide si circula o no una corriente mucho mayor entre los extremos. Es una llave manejada eléctricamente.
- 3Millones de transistores: el chip.
Un microcontrolador o un procesador son enormes cantidades de esas llaves, fabricadas juntas sobre una misma pieza de silicio.
Este es el punto donde la electrónica se encuentra con tu oficio. Un transistor que conduce o no conduce es un 1 o un 0. Toda la lógica que ejecuta tu código está hecha, físicamente, de llaves de silicio que se abren y se cierran.
06 · En tu mesa
Dónde está cada uno en tu kit
Casi ningún componente está hecho de un solo material. Mirá cómo se combinan en las piezas que vas a usar:
| Pieza | Conductor | Aislante | Semiconductor |
|---|---|---|---|
| Cable | El cobre interior | La funda de color | — |
| Protoboard | Las tiras metálicas internas | El cuerpo de plástico | — |
| Resistor | Las dos patas | El recubrimiento | — (su interior conduce a medias, a propósito) |
| LED | Las dos patas | La cápsula transparente | El pequeño cristal del interior |
| Chip | Las patas | El encapsulado negro | La pastilla de silicio de adentro |
Dos aclaraciones. Lo negro de un chip es plástico: el silicio está adentro y no se ve. Y el cristal de un LED no es de silicio, sino de otros semiconductores que tienen la propiedad de emitir luz; el color depende de cuál se use.
07 · Analogía para programadores
Permisos, bloqueos y condiciones
- 1Un conductor es un canal siempre abierto.
Todo lo que llega, pasa. Los cables son infraestructura: transportan y no opinan.
- 2Un aislante es una regla de bloqueo.
Nada cruza. El plástico que separa dos filas de la protoboard cumple el papel de una regla de cortafuegos, hecha de materia.
- 3Un semiconductor es una condición.
El paso depende de algo externo. Un diodo es una condición sobre el sentido; un transistor, una condición sobre otra señal.
Como toda analogía, tiene su límite: una regla de software bloquea del todo, y un aislante real deja pasar una cantidad minúscula, como viste en la escala. En código, la diferencia entre los tres tipos se ve así:
Python en tu navegador. Hacé clic dentro de un bloque para editarlo y usá el botón «Ejecutar Python». La primera vez se descarga el intérprete (Pyodide) y tarda unos segundos; después es inmediato.
# Un conductor y un aislante tienen un valor fijo.
moneda = 0.01 # ohmios
plastico = 1e13
# Un semiconductor es una funcion: depende de algo.
def diodo(al_derecho):
return 1 if al_derecho else 1e9
def transistor(senal):
return 5 if senal else 1e9
def categoria(ohmios):
if ohmios < 100:
return "conductor"
if ohmios < 1e7:
return "conduce a medias"
return "aislante"
print("moneda:", categoria(moneda))
print("plastico:", categoria(plastico))
print("diodo al derecho:", categoria(diodo(True)))
print("diodo al reves:", categoria(diodo(False)))
print("transistor con senal:", categoria(transistor(True)))
print("transistor sin senal:", categoria(transistor(False)))Agregá un material propio, por ejemplo vidrio = 1e12 o cobre = 0.0001, y mirá en qué categoría cae.
08 · Comprensión
Confusiones frecuentes
«Un semiconductor conduce la mitad que un metal»
«Semi» no indica un punto medio fijo. Indica que el material puede pasar de bloquear a conducir según las condiciones. Lo que lo define es que se lo puede controlar.
«Los aislantes no dejan pasar nada»
Dejan pasar una corriente tan pequeña que en la práctica se ignora. Y todos tienen un límite de tensión por encima del cual dejan de aislar.
«El agua conduce la electricidad»
El agua pura casi no conduce. Conducen las sales que lleva disueltas. Como el agua que usamos siempre tiene algo de sales, en la práctica hay que tratarla como conductora.
«Si es de metal, sirve como cable»
Depende de su estado. El óxido y la suciedad agregan resistencia y producen contactos que fallan de a ratos. Un metal sirve como conductor si está limpio y bien ajustado.
«El chip es de plástico negro»
Lo negro es el encapsulado, que protege y aísla. La parte que trabaja es una pastilla de silicio muy pequeña, en el interior.
09 · Práctica guiada
Ejercicios de materiales
Ejercicio 1: desarmar el kit con la mirada
Pensá en un cable, un resistor y un LED. Para cada uno, indicá qué parte es conductora, cuál es aislante y si tiene alguna parte semiconductora.
Ver solución razonada
Cable: cobre conductor y funda aislante. Resistor: patas conductoras, recubrimiento aislante y un interior que conduce a medias, a propósito. LED: patas conductoras, cápsula aislante y un pequeño cristal semiconductor.
Ejercicio 2: ordenar antes de probar
Ordená de mejor a peor conductor: madera seca, mina de lápiz, agua con sal, moneda, dedo mojado. Después comprobá tu orden en la escala del simulador.
Ver solución
Moneda, mina de lápiz, agua con sal, dedo mojado y madera seca. Entre la primera y la última hay una diferencia de un billón de veces.
Ejercicio 3: las manos mojadas
Una regla de seguridad dice que no se trabaja con electricidad con las manos mojadas. Explicá por qué, usando lo que viste en este tema.
Ver solución
Porque la piel mojada tiene una resistencia mucho menor que la seca: el agua, con las sales de la propia piel, mejora el contacto y conduce. Con la misma tensión circula mucha más corriente por el cuerpo. Con 9 V sigue siendo inofensivo, pero es el hábito que te protege con tensiones mayores.
Ejercicio 4: el LED como condición
Describí el comportamiento de un LED como si fuera una condición de un programa. ¿Cuáles son las dos cosas que tienen que cumplirse para que conduzca?
Ver solución
Tiene que estar conectado en el sentido correcto y recibir una tensión superior a su umbral, de unos 2 V. Si las dos condiciones se cumplen, conduce y emite luz. Si falla cualquiera, bloquea. Las dos las viste por separado: el umbral en el Tema 5 y el sentido en los simuladores de los Temas 1 y 9.
10 · Síntesis
Ideas para recordar
- Los conductores tienen electrones libres y llevan la corriente; los aislantes los tienen ligados y la bloquean.
- Los semiconductores conducen según una condición: el sentido, o una señal de control.
- Los materiales no forman tres cajas, sino una escala enorme, y su posición depende de las condiciones.
- El agua conduce por sus sales, y la piel mojada conduce mucho más que la seca.
- El diodo, el transistor y los chips se construyen con semiconductores.
- En cada pieza del kit conviven varios materiales, cada uno con su trabajo.
¿Listo para el Tema 16?
Podés avanzar si sos capaz de responder esto sin mirar:
- Explicar qué diferencia a un conductor de un aislante hablando de sus electrones.
- Dar un ejemplo de material cuya capacidad de conducir cambie con las condiciones.
- Decir qué hace especial a un semiconductor.
- Identificar el conductor y el aislante en un cable y en un LED.
Ya sabés de qué están hechas las piezas. Ahora, qué hace cada una: en el próximo tema, una primera mirada al resistor, el capacitor y el inductor.