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.
¿Qué son los materiales conductores?
Cuando se piensa en el flujo de electricidad, los materiales conductores desempeñan un papel fundamental. Estos materiales permiten la transmisión de electrones, lo que los hace esenciales para diversas aplicaciones en electrónica e ingeniería eléctrica. La conductividad se refiere a la capacidad de un material para conducir corriente eléctrica. Esto es lo que diferencia a los materiales conductores de los aislantes y semiconductores.
Ejemplos de Materiales Conductores de Electricidad
El mejor conductor eléctrico, en condiciones de temperatura y presión normales, es el elemento metálico plata. Sin embargo, la plata no siempre es una opción ideal como material, ya que es cara y susceptible a empañarse, y la capa de óxido conocida como empañamiento no es conductora.
De manera similar, el óxido, el cardenillo y otras capas de óxido reducen la conductividad incluso en los conductores más fuertes. Los materiales conductores eléctricos más eficaces con su respectiva imagen 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.
Conductividad: 63×106 S/m
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.
Conductividad: 59.6×106 S/m
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.
Conductividad: 45.2×106 S/m
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.
Conductividad: 37.7×106 S/m
Calcio
El calcio es un buen conductor de electricidad porque tiene enlaces metálicos que permiten que los electrones deslocalizados (los de la capa exterior) fluyan libremente de átomo a átomo, conduciendo electricidad. Es un peor conductor en volumen en comparación con el cobre o el aluminio, pero en realidad es un mejor conductor en masa debido a su muy baja densidad.
Conductividad: 29.8×106 S/m
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.
Conductividad: 16.6×106 S/m
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.
Conductividad: 14.3×106 S/m
Hierro
El hierro, aunque no es tan conductor como los metales anteriores, se utiliza habitualmente en aplicaciones como electroimanes y núcleos de transformadores. Es especialmente adecuado para aplicaciones de campos magnéticos debido a sus propiedades ferromagnéticas.
Conductividad: 9.93×106 S/m
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.
Conductividad: 9.66×106 S/m
Mercurio
El mercurio es el único elemento del grupo de los metales que se encuentra en estado líquido a temperatura ambiente. En lo que respecta a los metales, el mercurio es un mal conductor del calor, lo que no es una sorpresa, ya que los líquidos generalmente son pésimos para retener el calor. Pero, en contraste, el mercurio conduce bien la electricidad.
¿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.
¿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.
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.