Como la mayoría de la gente sabe, los metales son excelentes conductores de la electricidad, mientras que los no metálicos (como plásticos y cauchos) no lo son. La conductividad eléctrica -o la falta de ella- hace que estos dos tipos de materiales sean generalmente adecuados para diferentes casos de uso en el sector industrial.
Al elegir un material de fabricación para un dispositivo eléctrico o electrónico, es importante tener en cuenta sus propiedades eléctricas, incluida su conductividad, para garantizar que el producto final funcione según lo previsto.
En esta guía aprenderás sobre los materiales conductores de la electricidad, explicando las causas de su propiedad clave, los tipos disponibles, su relación con la fabricación y cómo convertir un material normalmente no conductor en uno conductor.
¿Cuál es la Causa de la Conductividad Eléctrica?
Los materiales de fabricación varían en el número (de uno a ocho) de electrones de valencia presentes en la capa exterior de sus átomos. En general, cuanto menor es el número, más conductor es el material (suele ser un conductor) y, cuanto mayor es el número, menos conductor es el material (suele ser un aislante).
La mayoría de los metales tienen entre uno y tres electrones de valencia, lo que permite que las partículas subatómicas cargadas eléctricamente se desprendan y movilicen con facilidad. El movimiento libre de los electrones provoca el paso de una carga, es decir, la conducción de la electricidad. Por el contrario, el caucho y los materiales plásticos suelen tener pocos electrones libres, si es que tienen alguno, lo que los convierte en malos conductores eléctricos, pero muy adecuados para aplicaciones aislantes.
Ejemplos de Materiales Conductores de Electricidad
Muchos de los materiales más conductores son metales. En la siguiente lista de materiales conductores con mayor conductividad eléctrica son:
- Plata: Es el metal más conductor, conduce eficazmente el calor y la electricidad gracias a su exclusiva estructura cristalina y a su único electrón de valencia. La plata ofrece una baja resistencia al desgaste por contacto y una excelente reflectividad óptica, por lo que es ideal para recubrir contactos, espejos y conductores en aplicaciones de telecomunicaciones. Sin embargo, los revestimientos de plata también se empañan con facilidad, por lo que se utilizan menos que los de cobre y oro.
- Cobre: Al igual que la plata, el único electrón de valencia del cobre lo convierte en un metal altamente conductor. También ofrece una buena resistencia a la corrosión. Los revestimientos de cobre se utilizan en semiconductores, placas de circuitos impresos y otras aplicaciones en las que la conductividad eléctrica es importante.
- Oro: La alta conductividad del oro, combinada con su resistencia a la corrosión, al desgaste y al contacto estable, lo hacen ideal para recubrir semiconductores, conectores, circuitos impresos y circuitos grabados. Si está dispuesto a aceptar un precio más elevado, el oro suele ofrecer las mayores ventajas para los productos que requieren conductividad.
- Aluminio: Es el metal más común e indicado para el uso de la transmisión y distribución de energía eléctrica, representa un 63% de conductividad con respecto al cobre. Como el aluminio es aproximadamente un tercio del costo del cobre en peso, las ventajas económicas son considerables cuando se requieren conductores grandes.
- Zinc: Aunque el zinc es bastante menos conductor que el oro, el cobre y la plata, puede ser una alternativa asequible a estos metales más caros. El zinc ofrece buena conductividad y gran durabilidad.
- Níquel: Otro metal conductor, el níquel se aplica normalmente a la superficie de un componente para añadir grosor y aumentar la resistencia al desgaste y la corrosión. Puede elegir revestimientos de níquel para aplicaciones industriales y militares exigentes.
- Platino: Es un metal precioso que se utiliza a menudo para proporcionar un revestimiento protector a otros metales que se corroen con facilidad. El punto de fusión extremadamente alto del platino también lo hace adecuado para aplicaciones que requieren una alta conductividad térmica.
Aquí hay una tabla de la conductividad eléctrica de los diez elementos más conductores.
| Elemento | Conductividad (S/m a 20°C) |
|---|---|
| Plata | 6.30×107 |
| Cobre | 5.96×107 |
| Oro | 4.11×107 |
| Aluminio | 3.77×107 |
| Calcio | 2.98×107 |
| Tungsteno | 1.79×107 |
| Cinc | 1.69×107 |
| Cobalto | 1.60×107 |
| Níquel | 1.43×107 |
| Rutenio | 1.41×107 |
¿Por qué la Plata es el Mejor Conductor?
La plata es el mejor conductor eléctrico porque sus electrones se mueven más libremente que los de otros elementos. Esto tiene que ver con la estructura cristalina y la configuración electrónica de la plata. Aunque la plata es el mejor conductor eléctrico, se empaña con facilidad y pierde conductividad, además de ser más cara que el cobre. El oro se utiliza cuando la resistencia a la corrosión es importante.
Factores que Afectan a la Conductividad Eléctrica
Varios factores influyen en la conductividad eléctrica:
- Temperatura: Las tablas de conductividad eléctrica incluyen la temperatura porque el aumento de temperatura excita térmicamente los átomos y disminuye la conductividad (aumenta la resistividad). En general, la relación entre temperatura y conductividad es lineal, pero se rompe a bajas temperaturas.
- Tamaño y forma: La resistencia eléctrica es proporcional a la longitud e inversamente proporcional a la sección transversal. La carga fluye a mayor velocidad a través de cables más cortos y de mayor sección transversal.
- Pureza: Añadir una impureza a un conductor disminuye su conductividad eléctrica. En cambio, dopar un semiconductor puede aumentar su conductividad. La plata deslustrada no es tan buena conductora como la plata limpia. El silicio dopado con fósforo se convierte en un semiconductor de tipo N, mientras que el silicio dopado con boro se convierte en un semiconductor de tipo P.
- Estructura cristalina: La estructura cristalina de un elemento afecta a su conductividad. El diamante y el grafito son formas cristalinas del carbono. El diamante es un aislante eléctrico, mientras que el grafito conduce la electricidad.
- Fases: Pueden estar presentes diferentes fases, incluso en una muestra pura. Las interfaces de fase suelen ralentizar la conductividad. Por tanto, la forma en que se produce un material afecta a su conductividad.
- Campos electromagnéticos: Los campos electromagnéticos externos pueden producir magnetorresistencia en un conductor eléctrico. Además, cuando la corriente pasa a través de un conductor, genera un campo magnético. El campo magnético es perpendicular al campo eléctrico.
- Frecuencia: La frecuencia es el número de ciclos de oscilación de una corriente eléctrica alternativa. Por encima de una determinada frecuencia, la corriente fluye alrededor de un conductor en lugar de a través de él. Esto se denomina efecto pelicular. El efecto pelicular no se produce con la corriente continua porque no hay oscilación y, por tanto, no hay frecuencia.
¿Hay No Metales Conductores?
Aunque los mejores conductores son los metales, algunos no metales conducen el calor y la electricidad. El diamante (carbono cristalino) es un excelente conductor térmico, aunque es un aislante eléctrico. Sin embargo, el carbono amorfo y el grafito conducen la electricidad. Los semimetales son buenos conductores. El germanio y el silicio no conducen la electricidad tan bien como el grafito, pero son más conductores que el agua de mar.
Conclusión
La conductividad es la capacidad de un material para transmitir energía. Debido a que existen diferentes formas de energía, existen diferentes tipos de conductividad, incluida la conductividad eléctrica, térmica y acústica. La plata es el elemento más conductor, en términos de conductividad eléctrica. El carbono en forma de diamante es el mejor conductor térmico (la plata es el mejor metal). Después de la plata, el cobre es el siguiente mejor conductor, seguido del oro. En general, los metales son los mejores conductores térmicos y eléctricos.