Es importante conocer las propiedades mecánicas de los materiales, ya que de esa manera un ingeniero podrá diseñar una estructura de la forma más eficiente. Sin embargo, el número de propiedades mecánicas un tanto larga, pero en seguida se busca cubrir una lista de las propiedades mecánicas más comunes en los diferentes materiales.

Propiedades Mecánicas de los Materiales Más Comunes

Las 12 propiedades mecánicas de los materiales más comunes y las que mayor se presta atención, se pueden apreciar en la siguiente lista. Son precisamente esas propiedades de mayor interés a la hora de evaluar a un material.

1. Módulo de Young
2. Dureza
3. Tenacidad
4. Resistencia
5. Elasticidad
6. Plasticidad
7. Fragilidad
8. Ductilidad
9. Maleabilidad
10. Resistencia a la tracción
11. Resistencia a la fatiga
12. Templabilidad

Módulo De Young

El módulo de Young es uno de los factores mas importantes a la hora de determinar que material es adecuado para una determinada aplicación.

La rigidez se entiende como el módulo de Young. Que a su vez es conocido como el módulo de elasticidad.

A través del cálculo del módulo de Young vamos a poder conocer la rigidez de un material. Cuando mayor sea el valor de esta propiedad mecánica, indicará que mayor será la rigidez del material.

Por otro lado, mientras menor sea el valor del módulo de Young del material, indicará que mayor será la elasticidad del material.

Dureza De Los Materiales

Desde la perspectiva de la escala Mohs se considera a la dureza, como la resistencia que ofrece un material en su superficie a ser rayado. Por lo tanto, si un material es capaz de rayar a otro, indicará que el material rayado será menos duro.

El diamante es el material más duro que se conoce y representa una dureza de 10 en la escala de dureza Mohs.

Pero la dureza también se puede medir por otros métodos. Puede ser por rascado, rebote o indentación. Donde el método más utilizado en ingeniería es el ensayo de dureza Brinell. Otro método muy usado es el ensayo de dureza knoop.

En ese caso la dureza se entiende como la resistencia que ofrecen los materiales a la deformación plástica en sus superficies.

Pero los materiales duros suelen ser frágiles. Es decir que los materiales cuya propiedad mecánica de dureza es alta, es más propenso a sufrir fractura.

Pero también los materiales de buena dureza son importantes. Porque son los adecuados para trabajos de desgaste.

Tenacidad

Esta propiedad mecánica indica cuanta energía puede llegar a absorber un material antes de sufrir fractura. Es decir, por medio de esta propiedad mecánica vamos a determinar el impacto que es capaz de soportar un material antes de que se rompa.

Podemos calcular el valor de la tenacidad haciendo uso de la tensión-deformación de cada material.

Los materiales presentan buena tenacidad cuando cuentan con propiedades mecánicas de resistencia y ductilidad buenas.

En ingeniería debe tenerse en cuenta que para que un material sea lo suficientemente resistente. Deben tener buena resistencia y buena ductilidad.

Resistencia De Los Materiales

Es la propiedad mecánica de los materiales que les brinda la capacidad para oponerse a la deformación o descomposición.

En la ingeniería los materiales deben de tener buena resistencia. Porque estarán trabajando bajo variedad de fuerzas.

Elasticidad

Es la propiedad mecánica que le permite a un material deformarse de manera reversible. Es decir, un material puede sufrir deformación cuando se encuentra bajo fuerzas mecánicas externas. Una vez que se le eliminan o retiran tales fuerzas mecánicas, el material recupera su forma y tamaño inicial.

Plasticidad

Es una de las propiedades mecánicas, que les permite a los materiales a deformarse de manera irreversible sin sufrir rotura. Es decir que el material adoptara una nueva forma después de haberle aplicado fuerzas externas.

Esto sucede debido a las tensiones o las fuerzas aplicadas al material. Estas tensiones son superiores a las que soporta el material en su límite elástico.

Los materiales que tienen buenas propiedades de plasticidad son buenos para ser formados.

Fragilidad

Propiedad mecánica de los materiales que les permite romperse con facilidad.

Esta propiedad mecánica no es muy deseada en la ingeniería. Debido a que en ingeniería se busca estabilidad y generalmente los materiales se encuentran trabajando bajo grandes esfuerzos y muchas veces bajo múltiples esfuerzos.

La fragilidad, indica que un material se rompe o se fractura al sufrir poca deformación.

Esta propiedad mecánica es la opuesta a la ductilidad.

Ductilidad

Esta es una de las propiedades mecánicas muy característico de algunos metales. Esta propiedad mecánica indica la facilidad con la que un material puede deformarse bajo tensiones por TENSION. La ductilidad se encuentra muy relacionado a la plasticidad. Ya que los materiales dúctiles reciben grandes deformaciones plásticas antes de sufrir rotura.

Los materiales dúctiles se caracterizan por su capacidad para formar largos hilos y alambres. Un material metálico con buena ductilidad es el cobre.

Representación De Materiales Dúctiles Y Frágiles

La siguiente es una representación de los materiales dúctiles y materiales frágiles. En una gráfica de esfuerzo-deformación.

Representación De Materiales Dúctiles Y Frágiles

El material dúctil se ha deformado mucho antes del punto de fractura F.

Para el material frágil. La rotura F ocurre poco después de que alcanza el límite elástico E. Y la fuerza máxima es igual al punto de fractura.

Algo típico de ver en los materiales dúctiles es el cuello de botella. Mientras que en los materiales frágiles no ocurre lo mismo.

Maleabilidad

Otra de las propiedades mecánicas muy característicos de algunos metales, como el aluminio. Esta propiedad indica la facilidad con la que un material sufre deformación bajo tensiones por COMPRESION.

Esta propiedad también se encuentra relacionado con la plasticidad. Y básicamente consiste en formar laminas después de formarse al martillarse o rodarse.

La maleabilidad y la ductilidad se pueden incrementar. Ambas propiedades mecánicas se pueden ver influenciadas con la temperatura. Al aumentar la temperatura, ambas propiedades mecánicas incrementan.

Resistencia A La Tracción

Esta propiedad mecánica indica cual será la fuerza máxima que un material puede soportar antes de sufrir rotura.

Es una de las propiedades más tomadas en cuenta en la ingeniería.

También se le conoce como fuerza de tensión o resistencia de máxima tracción. Esta propiedad mecánica es medida en MPa.

Resistencia A La Fatiga

La resistencia a la fatiga es una propiedad mecánica que indica la capacidad que tiene un material para soportar los trabajos, esfuerzo o tensiones cíclicas.

Un material puede llegar a tener un periodo de vida considerablemente largo si es que la tensión o cargas que se le aplican al material o la pieza se encuentran por abajo del límite fatiga.

Esta es una de las propiedades más importantes a la hora de crear y diseñar piezas, que estén sometidas a tensión cíclica. Un ejemplo de ello son los ejes.

Otro de los factores que puede influenciar la fatiga de las piezas es el tipo de grano que posee el material.

Templabilidad

Esta propiedad mecánica les permite a los materiales adquirir o aumentar dureza. Esto se consigue al hacer pasar los materiales por tratamientos térmicos. La templabilidad se lleva solo a bajo determinadas condiciones.

Ensayos y Pruebas Para la Obtención de las Propiedades Mecánicas de los Materiales

La aplicación de ensayos de tensión nos ayuda para obtener las siguientes propiedades mecánicas

• Resistencia a la tensión
• Propiedades elásticas
• Ductilidad

Los ensayos de flexión nos permiten obtener información sobre las siguientes propiedades mecánicas según el comportamiento que los materiales tengan frente a cargas de flexión.

• La resistencia a la flexión
• Módulo de elasticidad
• Deformación en la rotura
• Módulo de corte
• Resistencia a la fatiga
• Comportamiento frente a impactos
• Ductilidad

Los ensayos de dureza nos sirven para poder determinar las siguientes propiedades mecánicas. Según el tipo de ensayo que se realice y las características y el comportamiento durante el ensayo podemos obtener las siguientes.

• Propiedad de dureza Brinell
• Dureza rockwell
• Dureza Vickers
• Valor de dureza Knoop
• Resistencia a la abrasión

El ensayo de impacto proporciona información útil sobre las propiedades mecánicas de los materiales cuando estos se encuentran bajo condiciones de carga de impacto.

• Tenacidad de impacto
• Resiliencia del material
• Fragilidad
• Temperatura de transición vítrea

A través del ensayo de fatiga se pueden determinar propiedades mecánicas y características del material, como las siguientes.

• Vida útil del material
• Resistencia a la fatiga
• Identificación de puntos críticos del material

Otro ensayo que proporciona información sobre las propiedades mecánicas importantes es el ensayo de termofluencia.

• Tasa de fluencia
• Vida útil a la termofluencia
• Deformación permanente
• Temperatura critica de termofluencia

Diferentes materiales tienen diferentes propiedades. Por ejemplo, los metales poseen mejores propiedades eléctricas en comparación con los materiales plásticos. Aun si hablamos solo de metales, existe una diferencia marcada entre sus propiedades de conductividad eléctrica de unos metales con respecto a otros, tales como el cobre, el aluminio, el hierro o algunas aleaciones como el acero.

Una característica muy notable de aquellos materiales que poseen alta conductividad eléctrica, es que conducen con mucha facilidad la electricidad. A estos materiales generalmente se les conoce como conductores eléctricos. Y tienen interesantes aplicaciones en el campo de la electricidad. En contraste, aquellos materiales con baja conductividad (conocidos como aislantes) también tienen gran aplicación, puesto que las necesidades son amplias.

¿Qué es la conductividad eléctrica?

La conductividad eléctrica es una propiedad de los materiales que indica la capacidad que tiene un material de poder conducir la electricidad. La conductividad eléctrica determina que tan fácil se da el flujo de electrones o iones a través de un material.

La conductividad eléctrica guarda una relación inversa con la resistividad eléctrica. Ya que la resistividad mide o indica la oposición que presenta un material al flujo de electrones. Estas dos propiedades son exactamente opuestas.

Tanto la resistividad como la conductividad eléctrica son propiedades intrínsecas de los materiales. Es decir, que no cambian con respecto a su forma o volumen, pero sí que se pueden ver afectados por factores como la temperatura, composición, impurezas y otros.

La capacidad térmica es otra de las propiedades que guarda mucha relación con la conductividad eléctrica. Puesto que materiales que tienen buena conductividad eléctrica también tienen buenas propiedades térmicas.

Fórmula De La Conductividad Eléctrica

Esta propiedad, indica la facilidad con la que un material en específico permite el flujo de electrones a través de sí mismo. La fórmula de la conductividad eléctrica indica que, a menor resistividad, la conductividad eléctrica será mayor. Y a mayor resistividad ocurre lo contrario.

Donde la conductividad es igual a la inversa de la resistividad, y a la vez es igual al producto de la densidad de carga, movilidad electrónica y la carga eléctrica. Y las unidades de la conductividad es Siemens/metro (S/m)

• σ = Conductividad Eléctrica
• ρ = Resistividad Eléctrica
• n = densidad de carga (es decir, a la cantidad de electrones que existen por área de sección transversal)
• q = Indica la carga de cada elemento. En caso de los electrones es – 1.
• µ = Indica la movilidad de los electrones, es decir la rapidez con la que un electrón se mueve a través de un material específico.

Conductancia Especifica Y Conductividad Eléctrica

Poner atención a un dato importante, la conductividad eléctrica también es conocida como conductancia especifica.

Pero, se debe tener en cuenta que la conductividad y la conductancia no son lo mismo. Ya que la conductancia puede variar de acuerdo al tamaño del material. Por ejemplo, la conductancia eléctrica de un cable será mayor si es corto y grueso, y será menor cuando sea largo y delgado. La conductancia se encuentra definida como la inversa de la resistencia eléctrica, que se menciona más abajo.

Donde:

• G = Es la conductancia eléctrica.
• R = Resistencia eléctrica.
• Las unidades de la conductancia eléctrica es Siemens (S)

Relación Entre La Conductividad Eléctrica y La Resistividad

Como ya vimos, la conductividad es la propiedad que va a determinar que tan bien fluyen los electrones a través de un material. Mientras más alta sea la conductividad, mayor será el flujo a través del material. Y tanto la conductividad como la resistividad determinan cada una a la otra.

Pero ¿Qué es la resistividad?

Se entiende como la capacidad que tiene un material para oponerse al flujo de electrones a través de el mismo. Mientras más alta sea la resistividad de un material, menor será su conductividad eléctrica (flujo de electrones).

Como se mencionó antes, la resistividad es la inversa de la conductividad, tal como se aprecia.

Las unidades de la resistividad eléctrica son (ohm-metros (Ω·m)).

Diferencia Entre Resistividad y Resistencia Eléctrica

Al igual que la conductividad se le conoce como la conductancia eléctrica, a la resistividad se le conoce como resistencia específica, pero no son lo mismo. Ya que la resistencia puede variar, mientras que la resistividad es una propiedad inmutable.

Formula Para Calcular la resistencia De Un Material

La resistencia es igual a la conductividad multiplicado por la longitud del cable(material) dividido entre el área transversal del cable.

Y las unidades de la resistencia es ohm (Ω)

¿Cuáles Son Los Materiales Con Mejor Conductividad Eléctrica?

En la tabla de abajo se muestra una lista de los materiales con mejor conductividad eléctrica a condiciones normales (a 20 grados centígrados). En ella se puede apreciar que son los metales quienes tienen mejor capacidad conductora. En ellas destacan la plata con la mejor conductividad, el cobre que es muy usado por su conductividad, el aluminio que también es un buen conductor y otros metales.

La propiedad de conductividad, es una característica de los metales.

No obstante, la conductividad eléctrica de un material se puede cambiar frente al cambio de temperatura, modificando su composición, etc. Por ejemplo, si se aumenta mucho la temperatura para un metal, entonces su conductividad baja considerablemente.

Pasa lo contrario con los materiales semiconductores y otros materiales de baja conductividad. Al aumentar la temperatura, su conductividad eléctrica aumenta en buena proporción.

Por otro lado, están los superconductores, que son materiales cuya resistividad es prácticamente nula, cuando la temperatura es extremadamente baja. Estos materiales adquieren una capacidad conductora casi perfecta a temperaturas muy bajas. El problema es que solo se nota las mejoras en su propiedad a esas temperaturas (casi cero absolutos).

Conductividad Eléctrica De Los Metales

Los metales son los materiales que mejor capacidad conductora tienen. Y eso se debe a sus electrones libres.

Pero la mayoría de los elementos tienen electrones libres. ¿Por qué no conducen la electricidad tan bien como los metales?

Esto se debe al tipo de enlace metálico que forman sus átomos. En estas estructuras los electrones deslocalizados están dispersos y se mueven con libertad (mar de electrones). Por lo que el flujo de electrones será mayor y por lo tanto la conductividad eléctrica en los metales es mayor que en otros materiales.

Conductividad de la plata

Aunque muy pocos lo esperaban, el metal con la mejor conductividad eléctrica y por lo tanto el material con mejor capacidad conductora es la plata. La plata tiene una conductividad eléctrica que supera al cobre en un 5%, alcanzando los 63 millones siemens/metro (6.30 x 10e7).

La resistividad eléctrica de la plata es de 1.59(10-8) ohm-metro.

Conductividad del cobre

El cobre es uno de los metales más conocidos. Su propiedad conductora ocupa el segundo lugar dentro de los materiales y metales con la mejor conductividad eléctrica. Alcanzando los 59 millones siemens/metro.

Y una resistividad muy baja de 1.68(10-8) ohm-metro.

A pesar de que el cobre tiene buena capacidad conductora, está siendo reemplazado en algunas áreas. Como el caso de las líneas eléctricas, donde la mejor opción resulta ser el aluminio.

Conductividad del oro

El oro es uno de los metales con mejores propiedades entre los metales, destacando con su alta ductilidad y maleabilidad. Sin embargo, su conductividad eléctrica no es la mejor de todas.

La conductividad del oro alcanza los 41 millones siemens/metro. Y es el tercer metal con mejor propiedad eléctrica, después del cobre y la plata.

La resistividad del oro es de 2.44(10-8) ohm-metro.

Conductividad eléctrica del aluminio

El aluminio es un buen conductor eléctrico ocupa el cuarto lugar. Su conductividad eléctrica alcanza los 35 millones Siemens/metro.

Y su resistividad es de 2.82(10-8)ohm-metro.

Cuando el aluminio se encuentra formando aleaciones, la conductividad eléctrica llega a disminuir mucho. Pero en todos los casos, no baja más que la conductividad del hierro.

Conductividad del acero

El acero que consiste en aleaciones de hierro-carbono. Alcanza una conductividad eléctrica de 10.1 millones de siemens/metro.

Y una resistividad muy elevada de 10(10-8)ohm-metro.

La conductividad eléctrica es una propiedad de los materiales que indica que tan bien conducen la electricidad los materiales. Esta propiedad es inmutable, sin embargo, hay factores que pueden afectar la conductividad.

Se debe tener en cuenta la diferencia entre la conductividad y la conductancia eléctrica. La conductancia mide que tan fácil fluye la electricidad a través de un componente conductor. A diferencia de la conductividad, la conductancia se puede modificar aumentando sus dimensiones.

La Conductividad Eléctrica Del Agua

Es la capacidad que posee el agua para poder conducir la electricidad, donde los iones disueltos son las cargas conductoras.

Mencionado lo anterior, el agua pura se encuentra estable y sin iones disueltos, lo que significa que el agua pura no es capaz de conducir la electricidad.

En contraste, mientras mayor sea la cantidad de iones o electrolitos disueltos en el agua, mayor será la conductividad eléctrica del agua.

Iones de carga positiva presentes en el agua

1. Sodio Na+
2. Calcio Ca+2
3. Potasio K+
4. Magnesio Mg+2

Iones de carga negativa presentes en el agua

1. Cloruro Cl+
2. Sulfato (SO4)-2
3. Carbonato (CO3)-2

Otros iones que contribuyen poco con la conductividad del agua

1. Nitratos (NO3)-2
2. Fosfatos (PO4)-3

Otro factor que ayuda a determinar la conductividad del agua es la salinidad (La salinidad indica la presencia de sales en el agua). Ya que a mayor cantidad de iones disueltos incrementará la salinidad y por lo tanto también será un indicativo de mayor conductividad eléctrica.

¿Cuál Es La Conductividad Del Agua?

Como ya vimos el agua pura no tiene buena conductividad eléctrica, ya que no presenta iones disueltos en su interior. Mientas que el agua potable que normalmente conocemos, contiene muchos iones de metales y minerales disueltos. Se estima que la conductividad del agua potable sea 10 mil veces mas que la del agua pura.

Con respecto al agua de mar debido a la gran cantidad de iones y electrolitos disueltos en ella, se estima que su conductividad eléctrica sea 100 veces mayor a la del agua potable.

Tipo de Agua/Conductividad Eléctrica

• Agua destilada / 0.5 – 0.3 (uS/cm)
• Agua potable / 200 – 800 (uS/cm)
• Agua de Mar / 50 (mS/cm)

Como se puede ver la conductividad eléctrica del agua destilada se encuentra en un rango de 0.5 a 0.3 micro Siemens por centímetro (uS/m). La conductividad puede variar dependiendo de factores en condiciones especiales, como composición, presencia de iones, temperatura, etc.

La forma más común de medir la conductividad del agua es bajo el parámetro de TDS (Total Dissolved Solids). TDS indica la cantidad de sales disueltas en el líquido, por lo tanto, el TDS es la suma de las concentraciones de los iones disueltos, y se mide en miligramos por litro o partes por millón (ppm).

Entonces a mayor concentración de sales disueltas mayor será la conductividad eléctrica del agua.

DATO IMPORTANTE:

Cuando la cantidad de iones disueltas en el agua supera cierta concentración, la conductividad del agua ya no incrementa. Ello se debe a que las cargas se debilitan o forman otros pares de iones.

La conductividad de la solución de agua deja de aumentar con cierta cantidad de iones presentes

¿Por Qué El Agua Conduce La Electricidad?

A diferencia de otros materiales que conducen la electricidad gracias a los electrones libres que poseen, el agua conduce la electricidad gracias a los iones cargados que contiene.

La capacidad conductora del agua se debe gracias a los iones o electrolitos disponibles que se encuentran en el agua. Esto indica que la conductividad del agua depende de la cantidad de iones y electrolitos presentes en el agua, es decir, que cuando se agoten esos iones o electrolitos, el agua ya no será capaz de conducir la electricidad.

¿Cómo Conduce la Electricidad El Agua?

Para poder explicar cómo conduce la electricidad el agua, vamos a hacer uso de un ejemplo representativo de cloruro de sodio (NaCl) disuelto en agua (H2O).

Entonces el cloruro de sodio pasará a disolverse en el agua y se tendrá una solución salina con iones de Cl- y Na+. Todas estas cargas iónicas (portadores) se encuentran libres en la solución.

Como ya se vio antes, la presencia de estos iones o la salinidad del agua, va a determinar a conductividad eléctrica del agua.

Pero para que pueda fluir corriente eléctrica a través de ella es necesario que se le aplique una fuente de energía (batería). De ese modo, se creará un sistema que a la que se llama celda electrolítica.

La reacción que se produce en la celda es técnicamente la siguiente.

2e-  +  H2O   —>   2(OH)-  +  H2

2Cl-    —>    Cl2  +  2e-

Podemos notar que, llegara un momento en la que los iones se agotaran, y en ese momento el agua salina dejara de conducir la electricidad.

Por otro lado, está el agua pura, que no es capaz de formar suficientes iones, por ello es un pésimo conductor de la electricidad.

Otras Preguntas Relacionadas Sobre La Conductividad Del Agua

¿Cómo se puede medir la conductividad eléctrica del agua?

La conductividad del agua se mide en base a su resistencia. La resistencia del líquido se mide con un conductímetro.

¿Qué otros líquidos tienen buena conductividad eléctrica?

Otros ejemplos de líquidos que tienen buena conductividad eléctrica aparte del agua son, el limón y vinagre.

¿Qué aplicaciones tiene la conductividad del agua?

La conductividad del agua adquiere gran importancia en numerosas aplicaciones industriales. Ejemplos de ellos son, las torres de refrigeración y las calderas.

¿Qué factores afectan a la conductividad del agua?

El incremento de la temperatura puede hacer que la conductividad eléctrica del agua también aumente. Otros factores que pueden afectar la conductividad del agua son el tipo de sustancia que se encuentra presente en el agua y la cantidad de iones disueltos en el líquido.

Dentro de todos los metales, el cobre es el más conocido cuando se habla de conductividad eléctrica. No obstante, el cobre tampoco es el mejor conductor eléctrico. Lo mismo para el oro, ya que el oro es el metal con mejor conductividad eléctrica después del cobre.

De acuerdo al Estándar Internacional de Cobre Recocido (International Annealed Copper Standard – IACS), la conductividad eléctrica del aluminio ocupa el cuarto lugar. Mientras que el metal con mejor propiedad de conductividad eléctrica es la plata, pero cuando se encuentra puro.

El porcentaje de conductividad del metal, tiene como referencia al cobre. Donde la conductividad del cobre (Cu) representa el 100%. Además, al tener el metal una calificación porcentual de 100% no significa que no presente resistencia. Ya que el 100% de solamente es una referencia de la conductividad de un material con respecto al cobre.

Conductividad Eléctrica del Aluminio Y Otros Metales

La conductividad se refiere a la capacidad que tienen estos materiales para que la electricidad pueda fluir a través de ellos.

Aluminio vs Cobre

• La conductividad del aluminio a 20 grados centígrados es de 3.5 x (10)7 Siemens por metro (S/m).
• La resistividad eléctrica del aluminio a 20 grados centígrados es de 2.82 x (10)-8 ohm-metros (Ω·m).

En comparación con el cobre, la conductividad del aluminio representa el 60% del metal. Siendo así:

• la conductividad del cobre a 20 grados centígrados de 5.96 x (10)7 Siemens por metro (S/m).
• Mientras que la resistividad del cobre a 20 grados centígrados es 1.68 x (10)-8 ohm-metros (Ω·m).

En la siguiente tabla se pueden apreciar la lista de los 10 metales con mas alta conductividad eléctrica.

En la tabla se ve que básicamente son los metales los que poseen alta conductividad eléctrica, y dentro de ellos la plata es el metal con más alta conductividad eléctrica. Pero es más costoso.

El cobre no es tan bueno como la plata, pero es fácil de manejar, es maleable y fácil de soldar, y se considera un metal rentable en propósitos comerciales.

El aluminio es un buen conductor eléctrico y la conductividad eléctrica del aluminio llega a ser de 35 millones de siemens por metro (3.5x10e7 S/m). No obstante, en caso de las aleaciones de aluminio su conductividad disminuye, pero no es menor a la del hierro ni de los aceros. Además, el aluminio es muy económico, y es capaz de reemplazar al cobre en las líneas eléctricas.

Con respecto al oro, este tiene amplio uso en dispositivos electrónicos.

Formula Para el Cálculo de la Conductividad Eléctrica de los Materiales

• σ = Conductividad eléctrica
• ρ = Resistividad

La conductividad eléctrica está relacionada inversamente con la resistividad.

De acuerdo a al sistema internacional, las unidades de la conductividad eléctrica son, Siemens por metro (S/m).

¿Por Qué Ocurre La Conductividad Eléctrica del Aluminio y otros Conductores?

La capacidad de conducir la electricidad que tienen algunos materiales consiste en la facilidad que tienen estos materiales para que pueda fluir corriente eléctrica a través de ellos. Nos referimos a materiales, ya que estamos hablando tanto de metales como aleaciones. Tales como el acero y otros.

Una vez que se les aplica electricidad a estos materiales, los electrones ganan energía que les permite moverse en su estructura cristalina. De esta manera consiguen transmitir energía eléctrica viajando del lado negativo al lado positivo.

La estructura cristalina de estos materiales se refiere a una ordenación periódica interna de átomos. Donde los electrones de los átomos se encuentran dispersados creando el denominado “mar de electrones”.

La conductividad eléctrica de los materiales es superior cuando los metales se encuentran en estado puro. Por eso los metales plata, cobre, oro y aluminio son buenos conductores de electricidad. Sin embargo, cuando hay presencia de otros elementos o impurezas, la conductividad disminuye. Por ello las aleaciones no tienen buena conductividad en comparación con los metales puros.

Ejemplos claros de ello, son las aleaciones bronce y latón, que tienen baja conductividad en comparación con el cobre.

La conductividad eléctrica del aluminio se debe a los tres electrones de conducción por átomo de aluminio.

Electrones de Conducción

Como vimos, los electrones de valencia en los metales van a ser los electrones de conducción. La plata tiene un electrón en comparación con el aluminio que tiene tres. Pero ¿Por qué la conductividad eléctrica de la plata es mejor que la del aluminio?

La conductividad de un metal no solo depende de la cantidad de electrones de conducción que presentan. También depende de las impurezas, la temperatura y también sobre la movilidad de tales electrones.

La razón por la que la plata tiene mejor conductividad eléctrica que el aluminio se debe a la gran movilidad que tiene el electrón de la plata.

Factores Que Pueden Afectar la Conductividad Eléctrica del Aluminio

Es importante conocer la importancia del aluminio por las propiedades que tiene. Pero también es necesario conocer cuáles son las consideraciones a tener al momento de usarlo. Sobre todo, cuando se trata de conductividad eléctrica.

Oxidación del Aluminio Frente al Aire

El comportamiento más conocido del aluminio, es la capa de óxido duro que se forma en la superficie del aluminio y lo termina cubriendo cuando está expuesto al oxígeno. Aunque esta respuesta peculiar del aluminio es ventajosa cuando se trata de prevenir la corrosión del aluminio, es también un gran problema al momento de usar este material como conductor eléctrico.

Ya que cuando se habla de conductividad eléctrica, esta capa de óxido en el aluminio no es favorable. Porque terminara reduciendo la conductividad eléctrica del aluminio. Otras desventajas que trae esta capa de óxido es el reducido contacto entre los metales y también la misma capa de óxido en el aluminio puede aumentar la resistencia a la conductividad, haciendo que haya un aumento de temperatura y finalmente puede provocar incendios en casos muy desfavorables.

Para evitar las desventajas mencionadas. Se tiene que limpiar la capa de óxido del aluminio o evitar que suceda a través del uso de recubrimientos.

Aluminio en Contacto con Metales Nobles

Al hablar de metales nobles, nos referimos a los metales que tienen un mayor electro potencial que el aluminio en este caso. Cuando estos metales están en contacto, puede ocurrir una reacción electroquímica debido a los elementos en contacto. Esto se puede dar al unir cableados o uniones entre aluminio y el cobre.

Esta reacción se puede pronunciar con mayor fuerza en medios acuosos o húmedos. Debido a las diferencias de potencial entre los metales, sobre todo con el cobre. Lo que finalmente va a provocar descomposición del aluminio.

Para evitar este problema en este tipo de uniones, se usan algunos terminales de Al/Cu.

La Conductividad Del Aluminio Afectada Por La Temperatura e Impurezas

Como en el resto de los materiales que tienen conductividad eléctrica, el incremento de temperatura y las impurezas representan una disminución en su propiedad conductora del aluminio como en el resto de los metales y aleaciones.

Al aumentar la temperatura también incrementara el desorden atómico lo que afectara a la propiedad conductora del aluminio.

Por otro lado, las impurezas provocan que el flujo de electrones se vea dificultado, lo que también significa que disminuirá la conductividad eléctrica del aluminio.

La Estructura Cristalina y las Fases en los Metales y el Aluminio

Cuando en un material, ya sea metal o aleación, presenta varias fases y diferentes estructuras cristalinas se ve afectada ligeramente en su conductividad.

Este factor es causado por el tipo de procesamiento que ha recibido el metal.