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Existen varios metales que poseen buenas propiedades mecánicas y eléctricas y por ello tienen grandes aplicaciones en diferentes campos, por ejemplo, la conductividad eléctrica del aluminio es una de las razones por la que se le da gran importancia a este metal. Sin embargo, el aluminio no presenta la mejor conductividad eléctrica, pero si es un buen conductor eléctrico. Además, su uso resulta ser económico debido a su abundancia en la corteza terrestre.
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.
