Seguramente, utilices en tu día a día la lavadora, el lavavajillas, el microondas... Y, ahora mismo, estás leyendo este texto gracias a la conexión a internet. Esto es posible gracias a la capacidad de los materiales para conducir la electricidad, que juega un papel crucial en nuestra sociedad moderna. La capacidad de un material para permitir el flujo de cargas eléctricas es una propiedad muy importante en nuestra vida cotidiana. En este artículo, exploraremos los conceptos clave detrás de esta propiedad y cómo se relaciona con las características de los materiales.
Fig. 1: La conductividad eléctrica está muy relacionada con la electricidad.
- Este artículo trata sobre la conductividad eléctrica.
- Para comenzar, estudiaremos qué es la conductividad eléctrica.
- Después, veremos la resistencia, la conductividad y la ley de Ohm.
- A continuación, analizaremos la conductividad eléctrica de algunos metales; en concreto, del aluminio y del cobre.
¿Qué es la conductividad eléctrica?
La conductividad eléctrica es la capacidad de un material para dejar que las cargas eléctricas se muevan a través de él; es decir, su capacidad de conducir la electricidad.
- Su símbolo es la letra griega sigma, σ.
La conductividad eléctrica es la inversa de la resistividad, y se expresa con la siguiente fórmula:
$$\sigma =\frac{1}{\rho }$$
Esta capacidad difiere de un material a otro, en función de si puede y qué tanto puede dejar pasar la electricidad. Además, existen varios factores que influyen en la conductividad eléctrica de un material: la temperatura, la pureza del material, la presencia de campos magnéticos, si es una estructura pura o no, su estructura interna y el tipo y la frecuencia de la corriente que le estemos suministrando.
Unidades de la conductividad eléctrica
La conductividad eléctrica se mide en siemens por metro (S/m).
Tipos de materiales según como conduzcan la electricidad
Existen varios tipos de materiales, que se diferencian en su manera de conducir la electricidad:
- Conductores: Son los materiales que permiten el flujo de la corriente eléctrica a través de ellos.
- Un ejemplo de materiales conductores son los metales.
- Semiconductores: Son materiales que permiten el flujo de la corriente eléctrica en función de las condiciones en las que se encuentren, pero no en todo momento.
- Algunos ejemplos de semiconductores son el silicio (Si) o el azufre (S)
- No conductores o aislantes: Son los materiales que no permiten el flujo de la corriente eléctrica a través de ellos.
- Algunos ejemplos de materiales aislantes son el plástico o el vidrio.
Solución iónica
Una solución iónica es aquella que conduce la corriente eléctrica.
Cuando un compuesto iónico se disuelve en agua, se disocia en iones positivos y negativos. Al colocar dos placas metálicas conectadas a un generador y una lámpara en la solución, la lámpara se encenderá, si el circuito está cerrado. Gracias a los iones de la solución, la corriente puede fluir.
Conductividad molar iónica
La conductividad iónica molar, λ, se define como la conductividad de todos los iones formados por la disolución de un mol de electrolito en una solución.
Conductividad de una solución
La conductividad de una solución es una magnitud física que representa la capacidad de una solución para conducir la corriente eléctrica.
La conductividad de una solución depende de los siguientes factores:
- La naturaleza de los iones presentes.
- La concentración de la solución.
- El número de carga iónica.
- La movilidad de los iones.
- La temperatura de la solución.
Fórmula de la conductividad de una disolución: ley de Kohlraush
La conductividad de una solución que contiene X1, X2, X3... de concentración molar [Xi] y conductividad iónica molar λi, viene dada por la siguiente relación:
$$\sigma=\sum \lambda _{i}\cdot [X_{i}]$$
Esta relación se denomina ley de Kohlraush.
Ten en cuenta que esta ley sólo es válida para concentraciones bajas.
Conductividad eléctrica del agua
La conductividad del agua es una medida de la capacidad del agua para pasar el flujo eléctrico Esta capacidad depende directamente de la concentración de iones conductores en el agua.
La capacidad conductora del agua es directamente proporcional a la concentración de iones presentes en el agua. Estos iones conductores proceden de materiales inorgánicos, como cloruros, álcalis, compuestos de carbonato y sulfuro y Sales disueltas.
Los compuestos que se disuelven en iones se conocen como electrolitos:
- Cuanto mayor sea el número de iones presentes en el electrolito, mayor será la conductividad del agua.
- Del mismo modo, cuanto menor sea el número de iones presentes en el agua, menor será su conductividad.
El agua desionizada o destilada también puede actuar como aislante, debido a su muy bajo valor de conductividad. Se dice que el agua de mar tiene un valor de conductividad muy alto.
Resistencia y conductividad
La resistencia eléctrica es la capacidad que tienen las sustancias para oponerse al paso de la corriente a través de ellas.
- La resistencia eléctrica se mide en ohmios (Ω) y se representa con la letra R.
Esta propiedad existe gracias a la fricción que se da entre los electrones cuando se mueven a través de un material conductor; a mayor fricción, mayor resistencia eléctrica. Además, existen varios factores que pueden influir en la resistencia eléctrica; como, por ejemplo, el tipo de material conductor, la longitud, su diámetro y la temperatura a la que se encuentren.
Existe una ley asociada a la resistencia: la ley de Ohm, que relaciona la corriente y la resistencia.
La ley de Ohm
La ley de Ohm describe la relación entre corriente y resistencia; establece que la tensión entre dos puntos de un circuito eléctrico es directamente proporcional a la corriente que pasa entre esos dos puntos. La constante de proporcionalidad es igual a la resistencia.
La ley de Ohm fue formulada en 1827 por el físico alemán Georg Simon Ohm, a partir de experimentos que realizó con circuitos eléctricos sencillos que contenían distintas longitudes de cable. La ley de Ohm tiene muchas aplicaciones en la vida cotidiana.
Por ejemplo, los hervidores están llenos de resistencias que limitan la corriente que circula por la resistencia del hervidor para proporcionar la cantidad correcta de calor.
La ley de Ohm es muy útil cuando se trabaja con circuitos eléctricos, que tienen muchos usos diferentes: desde electrodomésticos hasta cohetes.
Fórmula de la ley de Ohm
La fórmula de la ley de Ohm es la siguiente:
$$V=I\cdot R$$
Aquí:
- V es la tensión a través de un conductor, medida en voltios (V).
- I es la corriente que pasa por el conductor, medida en amperios (A).
- R es la resistencia eléctrica del conductor, medida en ohmios (Ω).
La resistencia en la ley de Ohm es siempre igual a un valor constante. Puede calcularse tomando una serie de medidas de tensión y corriente, en un intervalo adecuado de valores, antes de trazar los datos en un gráfico rectilíneo y calcular su gradiente.
Veamos un ejemplo:
Una batería de 9V produce una corriente de 3A en un cable. ¿Cuál es la resistencia del cable?
Para resolver este problema, utilizamos la ley de Ohm. Valiéndonos de nuestros conocimientos de reordenación de ecuaciones, o el triángulo de la ley de Ohm, encontramos que la fórmula para calcular la resistencia es:
$$R=\frac{V}{I}$$
Para hallar cualquiera de las dos variables del nivel inferior del triángulo de la ley de Ohm, dividimos la tensión por la otra variable del nivel inferior. En este caso, dividimos V entre I, para obtener R.
Por lo tanto, la resistencia del cable en este ejemplo es:
$$R=\frac{V}{I}=\frac{9V}{3A}=3\ \Omega $$
Conductividad eléctrica de los metales
Los metales son reconocidos por su excelente conductividad eléctrica, debido a su estructura cristalina ordenada y a la presencia de electrones libres. La estructura cristalina del metal permite que los electrones de valencia se muevan libremente a través del material, lo que reduce la resistencia a la corriente eléctrica. Esta propiedad hace que los metales sean ampliamente utilizados en la fabricación de dispositivos electrónicos, cables eléctricos y otros componentes.
Además, los metales también tienen otras propiedades beneficiosas, como la alta conductividad térmica y la ductilidad. Esto los hace adecuados para muchas aplicaciones industriales y de fabricación. En definitiva, la conductividad eléctrica de los metales es una propiedad que ha sido fundamental en el desarrollo de la tecnología moderna.
Conductividad eléctrica del aluminio
El aluminio es un metal con una alta capacidad conductiva. Esto es posible gracias a que sus átomos se disponen `para formar una red cristalina. Es un material muy utilizado en la industria eléctrica, ya que es capaz de transportar la corriente eléctrica; se usa, sobre todo, para transportar la energía de alta tensión, además de en el cableado de los edificios.
Adicionalmente, tiene ventajas con respecto a otros materiales porque: es ligero, fácil de trabajar y resiste muy bien a la corrosión. También, es muy barato.
Fig. 2: El aluminio es un metal con una gran capacidad conductiva.
En concreto, la conductividad eléctrica del aluminio es de 376,7 (mOhm.cm)-1.
Conductividad eléctrica del cobre
El cobre, al igual que el aluminio, tiene una gran capacidad para conducir la electricidad. Gracias a esto, es uno de los materiales más utilizados en la industria eléctrica, sobre todo el los cables que usamos cada día. Además, tiene una baja resistencia eléctrica. Esto es posible gracias a la forma en la que están dispuestos sus átomos, que le permiten también resistir a la corrosión.
Fig. 3: El cobre es muy bien conductor eléctrico.
En concreto, la conductividad del cobre es de 58,1·106S/m.
Si has terminado de leer este artículo, ya conoces los puntos más importantes sobre la conductividad eléctrica, ¡Felicidades!
Conductividad eléctrica - Puntos clave
- La conductividad eléctrica es la capacidad de un material para dejar que las cargas eléctricas se muevan a través de él; es decir, la capacidad que tiene para conducir la electricidad. Su símbolo es la letra griega sigma, σ.
- La conductividad eléctrica se mide en siemens por metro (S/m).
- Según cómo transporten la electricidad, los materiales pueden ser conductores, semiconductores o aislantes.
- Una solución iónica es una solución que conduce la corriente eléctrica.
- La conductividad iónica molar, λ, se define como la conductividad de todos los iones formados por la disolución de un mol de electrolito en una solución.
- La conductividad de una solución es una magnitud física, que representa la capacidad de una solución para conducir la corriente eléctrica.
- La resistencia eléctrica es la capacidad que tienen las sustancias para oponerse al paso de la corriente a través de él.
- La ley de Ohm establece que la tensión entre dos puntos de un circuito eléctrico es directamente proporcional a la corriente que pasa entre esos dos puntos. La constante de proporcionalidad es igual a la resistencia.
References
- Fig. 1: Electricity substation (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electricity_1.jpg) by Amuzujoe (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Amuzujoe) is licensed by CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0).
- Fig. 2: Aluminium (https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Aluminium-4.jpg), unknown author in https://images-of-elements.com/aluminium.php, is licensed by CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/deed.es)
- Fig. 3: Native Copper Macro Digon (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Native_Copper_Macro_Digon3.jpg) by Jonathan Zander (Digon3) (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Native_Copper_Macro_Digon3.jpg) is licensed by CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/deed.es).
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