Definición de Conductividad
Ingeniera Industrial, MSc en Física, y EdD
La conductividad se refiere a la capacidad de un material para permitir que una corriente eléctrica o el calor, fluya a través de él. Es decir, se trata de una propiedad importante que describe en qué medida los materiales pueden admitir el paso de electricidad o flujo térmico por ellos.
Factores principales que afectan la conductividad de un material
1) La temperatura: a mayor temperatura, mayor excitación térmica de los átomos y menor conductividad.
2) El área de sección transversal: a mayor área, mayor corriente que puede pasar por el material y mayor conductividad.
3) La estructura atómica y molecular: los metales tienen muchos electrones con vínculos débiles que facilitan su movimiento y su conductividad.
La conductividad es una de las características fundamentales de los conductores o cables, los cuales se utilizan para hacer llegar la electricidad desde la fuente hasta la carga, con las menores pérdidas posibles.
Características principales
– Es una propiedad física que depende tanto de la naturaleza del material como de sus dimensiones. Se expresa en términos de la conductancia eléctrica, que es la inversa de la resistencia eléctrica.
– El cobre es el material conductor por excelencia, aunque otros materiales también pueden tener una conductividad adecuada para diversos fines.
– Puede ser afectada por la presencia de impurezas o cambios en la temperatura, por lo que es importante tener esto en cuenta al realizar mediciones.
– Es una propiedad importante en muchos campos, desde la electrónica y la electricidad hasta la transferencia de calor y la química.
Diferencia entre conductividad eléctrica y térmica
La conductividad eléctrica es un indicativo de la manera que un material o sustancia admite el paso de corriente eléctrica a través de él y depende de la estructura atómica y molecular del mismo, así como de otros factores físicos como la temperatura. Los materiales con alta conductividad eléctrica se llaman conductores y los de baja se denominan aislantes.
Por otra parte, la conductividad térmica se refiere a la capacidad de la materia para transmitir el calor, es decir, la energía cinética de sus moléculas.
De acuerdo con los planteamientos anteriores, aunque la conductividad eléctrica y la térmica son ambas propiedades físicas que miden la capacidad de un material para transportar energía; la diferencia entre ellas es el tipo de energía: la primera es eléctrica y la segunda es térmica.
Además, la conductividad eléctrica depende de los electrones libres que pueden moverse por el material bajo una diferencia de potencial, mientras que la térmica depende de las vibraciones de los átomos o moléculas que transmiten el calor por contacto.
¿Cómo se calcula la conductividad de un material?
La conductividad eléctrica (σ) se calcula mediante la inversa de la resistividad (ρ). Su unidad en el Sistema Internacional es el Siemens/metro (S/m).
Donde R es la resistencia del material, l es la longitud del conductor y A es el área de la sección transversal.
En lo que respecta a la conductividad térmica, esta se relaciona con el calor mediante la expresión:
Donde λ es el coeficiente de conductividad térmica, q es el flujo de calor por unidad de tiempo y área, y ∇T es el gradiente de temperatura.
Ahora bien, la difusividad térmica es otra propiedad que relaciona la conductividad térmica con la capacidad calorífica específica a presión constante. La difusividad térmica indica qué tan rápido se propaga el calor en un material.
El calor se puede transferir por conducción, convección o radiación. En el caso de los sólidos (como la barra que se muestra en la imagen), el método en el cual se propaga la energía térmica es por conducción, y en general, los metales son buenos conductores.
Existen varios métodos para medir la conductividad térmica de diferentes materiales, como:
– Método de alambre caliente transitorio (THW), que consiste en calentar un alambre fino dentro del material y medir la variación de temperatura y resistencia eléctrica del alambre.
– Método de placa caliente guardada, que consiste en colocar una muestra entre dos placas con diferente temperatura y medir el flujo de calor que atraviesa la muestra.
– Método de estado estacionario, el cual implica aplicar una fuente de calor constante a un lado de una muestra y determinar la diferencia de temperatura entre los dos lados.
– Método transitorio, se lleva a cabo mediante la aplicación de un pulso de calor a un lado de una muestra y calcular el tiempo que tarda en llegar al otro lado.
Aplicaciones
Esta propiedad tiene una amplia variedad de aplicaciones en distintas áreas y conocerla es útil para entender y controlar el flujo de corriente eléctrica y transferencia de calor en diferentes materiales.
– El conocimiento de la conductividad eléctrica ha dado pie a la fabricación de componentes electrónicos como circuitos integrados, cables de alta tensión, y sistemas de iluminación.
– En el caso de la conductividad térmica, se utiliza en la fabricación de aislantes térmicos y en la producción de disipadores de calor, que permiten regular la temperatura de diferentes tipos de equipos.
– En la industria alimenticia, por ejemplo, la conductividad eléctrica se utiliza para medir el grado de calidad del agua, mientras que la conductividad térmica es utilizada en la determinación del contenido de humedad en diversos alimentos.
– También se emplea la herramienta de medición del índice de refracción a través de la conductividad para calcular la calidad de diferentes sustancias, como el petróleo.
Art. actualizado: Marzo 2023; sobre el original de julio, 2014.
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