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Las aplicaciones de los materiales generalmente dependen de sus propiedades. Entre las propiedades más importantes de los diferentes materiales (ya sean metales o cerámicos u otros) se encuentra la conductividad eléctrica y también la conductividad térmica.
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.
