¿Sabes cuáles son los materiales que conducen la electricidad? En este artículo vamos a adentrarnos en el fascinante mundo de la clasificación de los materiales conductores eléctricos. Descubre cuáles son los elementos que permiten el flujo de corriente eléctrica, cómo se clasifican y cuáles son sus propiedades. ¡Prepárate para ampliar tus conocimientos en este apasionante tema!
Los materiales conductores son los materiales que se utilizan para la conducción o el paso de la corriente eléctrica de un punto a otro con el fin de realizar un trabajo lucrativo. Estos materiales son de suma importancia porque la electricidad hoy en día es una necesidad básica y una materia prima fundamental en casi todas las industrias y unidades productivas.
La clasificación de los materiales en función de su conductividad es importante para diferenciarlos como buenos conductores, malos conductores, o aislantes y semiconductores. Cada uno de ellos tiene su propia importancia funcional especificada.
Los más importantes y principales clasificación de los materiales conductores se puede hacer en función de su conductividad. La conductividad de un material dado es la facilidad con la que una corriente eléctrica puede atravesarlo a un voltaje dado. Matemáticamente, la conductividad se puede representar como
Dónde σ es la conductividad de un material, R es la resistencia óhmica del material, L es la longitud del material en metros y A es el área de la sección transversal del material en metros2.
Para un material dado de cierta longitud y área de sección transversal, la conductividad es inversamente proporcional a la resistencia del material que impide el flujo de corriente a través del material. Conductividad también se denota por
Donde G=1/R es la conductancia del material en Siemens.
La resistividad es el recíproco de la conductividad de un material.
Clasificación de materiales conductores
Ahora que hemos entendido la conductividad, podemos clasificar los materiales conductores en tres tipos.
- Materiales de alta conductividad
- Materiales Semiconductores
- Materiales de baja conductividad
1. Materiales conductores de alta conductividad
Los materiales de alta conductividad, como su nombre lo indica, son los materiales que cumplen con las especificaciones de un buen conductor. Estos materiales de alta conductividad Tienen baja resistencia y mayor conductancia. La baja resistencia provoca una menor caída de voltaje y pérdida de calor en estos materiales cuando una cierta cantidad de corriente eléctrica pasa a través de ellos. Esto se debe a que la pérdida de calor y la caída de voltaje dentro de un material son directamente proporcionales a la resistencia que ofrece el material al flujo de corriente.
Las bajas caídas de voltaje dentro de estos materiales los convierten en conductores eficientes y estos materiales se utilizan en lugares donde se requiere un flujo continuo de corriente eléctrica durante un período de tiempo determinado.
Ejemplos de materiales de alta conducción: Todos los metales como el cobre, el aluminio, el oro, etc. caen dentro de los materiales de alta conductividad. El cobre y el aluminio se utilizan ampliamente en el campo de la ingeniería eléctrica debido a su valor económico y rendimiento.
Los metales tienen buena conductividad porque todos los metales tienen electrones débilmente ligados en la capa exterior de su estructura atómica que pueden separarse fácilmente mediante la aplicación de un cierto voltaje. Estos electrones salen de sus capas y deambulan como electrones libres. Los electrones son portadores de carga y, por lo tanto, estos electrones ayudan en el flujo de corriente eléctrica durante un período de tiempo determinado. Grafito es el único no metal que tiene buena conductividad como la de los metales.
Los lugares donde se requieren materiales de alta conductividad son la transmisión y distribución de energía a través de conductores, electrodomésticos y cableado, máquinas eléctricas como motores y generadores, robótica industrial, etc.
Ejemplos de materiales conductores de alta conductividad
Cobre
Será una discusión incompleta si se analizan los materiales conductores de alta conductividad sin tomar el ejemplo del cobre. Cobre es el material conductor más utilizado y uno de los mejores materiales conductores disponible. Está fácilmente disponible en las minas y tiene un costo más económico que otros metales. Aparte de eso, las excelentes propiedades físicas del material lo convierten en una opción ideal para los fabricantes.
Hay principalmente dos tipos de cobre que se utilizan en aplicaciones industriales: Cobre Recocido y Cobre trefilado.
Cobre Recocido: Es de naturaleza flexible y tiene una resistividad de 1,72 x 10-8 Ohm-m. Por lo tanto, se utiliza en lugares donde se requiere una mayor flexibilidad, como el bobinado de máquinas eléctricas, transformadores, enlaces flexibles en barras colectoras, etc.
Cobre trefilado: Tiene mayor resistencia a la tracción aunque con mayor resistividad en comparación con Cobre Recocido( 1.77 X 10-8 Ohm-m). Estos se utilizan en lugares donde se requiere una mayor resistencia a la tracción y la resistividad no es una preocupación particular, como en las líneas de transmisión y distribución.
Plata
Es el material mejor conductor entre los metales que conocemos hasta ahora e incluso mejor que el cobre. Sin embargo, es más costoso que el cobre y se oxida fácilmente cuando entra en contacto con el aire, por lo que no se usa en lugar del cobre en varias aplicaciones.
La plata es mucho más dura que el cobre y es más resistente a la corrosión en comparación con el cobre. Por lo tanto, se utiliza para recubrir o encerrar el cable de cobre para mejorar la durabilidad general del sistema.
Oro
El oro es un excelente material conductor de electricidad. Sin embargo, su disponibilidad limitada y su valor ornamental limitan su uso en aplicaciones industriales.
El oro se usa en fabricación de conectores, interruptores, y dispositivos semiconductores para mejorar su velocidad y durabilidad contra la corrosión.
Latón
Una aleación de cobre (60%) y zinc (40%). El latón es resistente a la corrosión y no se oxida fácilmente mientras se expone al aire. Sin embargo, su conductividad es menor en comparación con el cobre puro.
El latón se utiliza en la fabricación interruptores, conectores, reóstatos, tomas de corriente, etc.
Bronce
El bronce es una aleación de cobre (90%) y estaño (10%). Tiene mejor resistencia a la corrosión que el latón pero tiene una conductividad más baja en comparación con el cobre.
El bronce se usa para hacer resortes y contactos portadores de corriente, portaescobillas, partes deslizantes y de calderas, etc.
Aluminio
El aluminio es el material conductor más preferido, seguido del cobre. Es dúctil y maleable y tiene un menor peso por unidad de longitud en comparación con el cobre. Por lo tanto, se utiliza en la fabricación de líneas de transmisión en lugar de cobre porque el menor peso provoca un menor hundimiento en las líneas, así como la tensión en el puntos de contactoes bajo.
2. Materiales semiconductores
Los materiales semiconductores son aquellos que tienen su conductividad entre los conductores y los no conductores o los aislantes. Estos materiales tienen una conductividad inferior a la de los conductores pero superior a la de los no conductores. Materiales semiconductores Están formados por metaloides que tienen las características tanto de los metales como de los no metales.
Los materiales semiconductores son silicio, germanio, arseniuro de galio, etc.
Los materiales semiconductores se utilizan para fabricar dispositivos electrónicos de potencia como MOSFET, IGBT, GTO y BJT, así como otros interruptores electrónicos como transistores y chips de circuitos integrados que requieren conmutación de dos etapas de alta frecuencia.
Se utilizan materiales semiconductores para fabricarlos porque su conductividad se puede cambiar en una fracción de tiempo muy pequeña. Esto les permite actuar como interruptores de alta frecuencia. La tabla de resistividad de diferentes materiales se muestra en la siguiente imagen.
3. Materiales conductores de baja conductividad
El material de baja conductividad tiene una conductividad más baja en comparación con los materiales de alta conductividad. Los siguientes son los materiales de baja conductividad.
manganina
Es un aleación de 84,2% Cobre, 12,1% Manganeso y 3,1% Níquel. Es un material de alta resistividad que se utiliza para fabricar bobinas de resistencia estándar y derivaciones para dispositivos de medición.
Constantán
Constantan es el resultado de la mejora sobre Manganin. es una aleación de 55% Cobre y 45% Níquel. Tiene una baja variación térmica de resistividad que lo hace ideal para fabricar termopares y materiales resistentes al calentamiento a baja temperatura.
nicromo
Nichrome es una aleación de níquel y cromo con una pequeña cantidad de hierro. Se usa comúnmente para hacer alambres de resistencia y en elementos de calefacción como calentadores eléctricos, teteras y tostadoras.
Tungsteno
El tungsteno o wolframio es un metal con un excelente punto de fusión que lo convierte en una opción ideal para fabricar filamentos de bombillas y tubos de rayos catódicos. El tungsteno tiene un punto de fusión de 3422 grados.C en un medio inerte o al vacío y por encima de 1650 °C, tiene la mayor resistencia a la tracción.
Se trata de la clasificación de los materiales conductores eléctricos.