Aislante eléctrico
Un aislante eléctrico es un material con resistividad muy alta que impide el paso de la corriente eléctrica.
Un aislante eléctrico es un material que opone una resistencia muy elevada al paso de la corriente eléctrica, porque casi no dispone de cargas libres capaces de moverse en su interior. Gracias a ellos, la electricidad circula solo por donde queremos: recubren los cables, sostienen las líneas de alta tensión y protegen a las personas de las descargas.
¿Qué es un aislante eléctrico?
Se llama también dieléctrico cuando se estudia su comportamiento ante un campo eléctrico. En un metal, los electrones de la capa externa se desplazan casi libremente y forman la corriente eléctrica. En un aislante, en cambio, los electrones están fuertemente ligados a sus átomos y hace falta una energía enorme para arrancarlos.
La teoría de bandas lo explica con claridad: en un aislante hay una banda prohibida (gap) muy ancha, normalmente de varios electronvoltios, entre la banda de valencia, llena de electrones, y la banda de conducción, vacía. A temperatura ambiente casi ningún electrón logra saltarla. En los semiconductores ese salto es mucho más pequeño, y en los metales no existe.
Ningún aislante es perfecto. Todos conducen una corriente minúscula, llamada corriente de fuga, y todos tienen un límite: si el campo eléctrico es lo bastante intenso, el material se rompe y se vuelve conductor de forma brusca. Es lo que ocurre en un rayo, cuando el aire deja de aislar.
Resistividad y rigidez dieléctrica
Dos magnitudes describen la calidad de un aislante. La primera es la resistividad (ρ), que mide cuánto se opone el material al paso de la corriente. La resistencia de una pieza de longitud L y sección A es:
La segunda es la rigidez dieléctrica (Emáx), el campo eléctrico máximo que soporta antes de romperse. La tensión de ruptura de una capa de espesor d es aproximadamente:
| Material | Resistividad aproximada (Ω·m) | Tipo |
|---|---|---|
| Cobre | 1,7 · 10⁻⁸ | Conductor |
| Silicio puro | ≈ 10³ | Semiconductor |
| Vidrio | 10¹⁰ a 10¹⁴ | Aislante |
| Caucho y PVC | 10¹² a 10¹⁵ (según composición) | Aislante |
| Teflón (PTFE) | > 10²³ | Aislante |
Las unidades en el SI son el ohmio por metro (Ω·m) para la resistividad y el voltio por metro (V/m) para la rigidez dieléctrica. El aire seco soporta unos 3 · 10⁶ V/m, es decir, unos 3 kV por milímetro.
Tipos de aislantes
- Sólidos orgánicos: plásticos como el PVC y el polietileno, caucho, papel impregnado y resinas. Recubren los cables domésticos.
- Sólidos inorgánicos: vidrio, porcelana, cerámica y mica. Resisten altas temperaturas y se usan en los aisladores de las torres eléctricas.
- Líquidos: aceites minerales o sintéticos, que aíslan y a la vez refrigeran el interior de los transformadores.
- Gases: el aire, el nitrógeno y el hexafluoruro de azufre (SF₆), muy usado en subestaciones por su elevada rigidez dieléctrica.
- Vacío: aislante casi perfecto, aprovechado en interruptores y válvulas.
Características de un buen aislante
- Resistividad muy alta y corrientes de fuga despreciables.
- Elevada rigidez dieléctrica.
- Estabilidad térmica: que no se degrade con el calor que produce la propia instalación.
- Resistencia a la humedad, que reduce el aislamiento porque el agua con sales conduce.
- Resistencia mecánica y al envejecimiento por radiación ultravioleta, ozono o productos químicos.
Aplicaciones
El aislamiento del cableado doméstico e industrial es el uso más conocido, pero no el único. Los aisladores de vidrio o porcelana sujetan las líneas de alta tensión a las torres sin que la corriente baje al suelo. Los guantes y las herramientas de los electricistas, el mango de un destornillador o la carcasa de un enchufe cumplen la misma función protectora. Dentro de los dispositivos, los aislantes separan las pistas de un circuito impreso y forman el dieléctrico de los condensadores. Para entender el conjunto conviene repasar la electricidad, el voltaje y la resistencia.
Ejercicios resueltos
1. Un cable de cobre de 100 m y sección 2,5 mm² tiene ρ = 1,7 · 10⁻⁸ Ω·m. ¿Cuál es su resistencia?
Se pasa la sección a metros cuadrados: A = 2,5 · 10⁻⁶ m². Entonces R = ρ·L/A = 1,7 · 10⁻⁸ · 100 / 2,5 · 10⁻⁶ = 0,68 Ω. Es un valor muy pequeño, propio de un conductor.
2. Un aislante de resistencia 10⁹ Ω se conecta a 230 V. ¿Qué corriente de fuga circula?
Por la ley de Ohm, I = V/R = 230 / 10⁹ = 2,3 · 10⁻⁷ A, es decir, 0,23 µA. Es despreciable frente a los amperios que circulan por el conductor.
3. El aire seco tiene una rigidez dieléctrica de 3 · 10⁶ V/m. ¿Qué tensión rompe una capa de aire de 2 mm?
V = E·d = 3 · 10⁶ V/m · 2 · 10⁻³ m = 6000 V (6 kV).
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre aislante y conductor?
Un conductor tiene electrones libres que se mueven con facilidad y su resistividad es muy baja. Un aislante mantiene sus electrones ligados a los átomos y su resistividad es mucho mayor, del orden de billones de veces superior.
¿Existe un aislante perfecto?
No. Todo material deja pasar una corriente de fuga diminuta, y todos se rompen si el campo eléctrico supera su rigidez dieléctrica. El vacío es lo más cercano a un aislante ideal.
¿Por qué el agua puede hacer que un aislante deje de serlo?
El agua pura conduce muy mal, pero el agua del grifo o la humedad ambiental contienen sales disueltas que aportan iones libres. Esa película húmeda sobre la superficie reduce el aislamiento.
¿Es el aire un aislante eléctrico?
Sí, mientras el campo sea inferior a unos 3 kV por milímetro. Por encima de ese valor se ioniza y se producen chispas o rayos.
¿Por qué los pájaros no se electrocutan en un cable de alta tensión?
Porque se posan en un único cable y su cuerpo queda al mismo potencial que él. Sin diferencia de potencial entre sus patas no circula corriente apreciable por el animal.
Referencias
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
- Halliday, D., Resnick, R. y Walker, J. Fundamentos de Física. Wiley.
- Callister, W. D. Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales. Reverté.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2025). «Aislante eléctrico». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/aislante-electrico/
