Materials amb Baixa Resistivitat i Alta Conductivitat: Una Revisió

Un material de baixa resistivitat o alta conductivitat es defineix com un material que permet que la corrent elèctrica flueixi fàcilment a través seu. Aquests materials són molt útils en enginyeria elèctrica per fabricar màquines, equips i dispositius elèctrics. També s'utilitzen com a conductors per tots els tipus de enrotllaments necessaris en màquines, aparells i dispositius elèctrics. A més, s'utilitzen com a conductors en la transmissió i distribució d'energia elèctrica.

Propietats dels materials de baixa resistivitat o alta conductivitat

Les següents propietats són desitjables en materials de baixa resistivitat o alta conductivitat:

• Màxima possible conductivitat (idealment zero). Això significa que el material ofereix una mínima resistència a la corrent elèctrica i, per tant, minimitza la pèrdua de potència i la generació de calor.

• Mínim possible coeficient de temperatura de la resistència (idealment zero). Això significa que la resistència del material no canvia significativament amb la temperatura i, per tant, manté un rendiment estable en un ampli rang de temperatures.

• Punt de fusió alt. Això significa que el material pot suportar temperatures altes sense perdre la seva forma o conductivitat.

• Alta resistència mecànica. Això significa que el material pot resistir la deformació, la fractura o l'usura sota estrès o càrrega mecànica.

• Alta ductilitat. Això significa que el material es pot estirar en fils o altres formes sense trencar-se o creuar-se.

• Alta resistència a la corrosió (lliure d'oxidació). Això significa que el material no reacciona amb l'oxigen o altres substàncies de l'entorn i, per tant, preserva la seva conductivitat i aparença.

• Saldabilitat. Això significa que el material es pot soldar fàcilment per unir els conductors o adjuntar altres components.

• Baix cost. Això significa que el material és asequible i ampliament disponible.

• Llarg durada o durabilitat. Això significa que el material no degrada o deteriorna amb el temps i, per tant, manté la seva qualitat i rendiment.

• Alta flexibilitat. Això significa que el material es pot doblegar o girar sense trencar-se o perdre la seva conductivitat.

Les propietats anteriors varien segons l'ús per al qual es destina el material. Per exemple, algunes aplicacions poden requerir una major conductivitat que d'altres, mentre que algunes poden requerir una major resistència mecànica que d'altres.

Factors que afecten la resistivitat o conductivitat dels materials

La resistivitat o conductivitat d'un material depèn de diversos factors, com:

• Tipus de material. Diferents materials tenen diferents estructures atòmiques i configuracions electròniques, que afecten com de fàcilment els electrons poden moure's a través seus. Generalment, els metalls tenen una menor resistivitat que els no-metalls perquè els metalls tenen electrons lliures que poden portar la corrent elèctrica, mentre que els no-metalls tenen electrons estretament vinculats que resisteixen la corrent elèctrica.

• Puretat del material. Qualsevol impuretat, sigui metàl·lica o no-metàl·lica, augmenta la resistivitat dels metalls. Fins i tot una impuretat de baixa resistivitat augmentarà la resistivitat del metall. La raó darrere això és que l'afegit d'una petita impuretat crea imperfeccions en la retícula cristal·lina, que pertorben el flux d'electrons a través dels metalls. Per tant, els metalls purs tenen una menor resistivitat que les allaus o compostos.

• Temperatura del material. La resistivitat de la majoria dels materials augmenta amb la temperatura perquè una temperatura més alta provoca més vibracions en els àtoms, que interferixen amb el moviment dels electrons. No obstant això, alguns materials, com els semiconductors, tenen una menor resistivitat a temperatures més altes perquè una temperatura més alta augmenta el nombre d'electrons lliures disponibles per a la conducció.

• Forma i mida del material. La resistivitat d'un material és una propietat intrínseca que no depèn de la seva forma i mida. No obstant això, la resistència d'un conductor depèn de la seva forma i mida perquè la resistència és proporcional a la longitud i inversament proporcional a l'àrea de la secció transversal. Per tant, els conductors més llargs i fins tenen una major resistència que els més curts i gruixuts.

Exemples de materials de baixa resistivitat o alta conductivitat

Alguns exemples de materials de baixa resistivitat o alta conductivitat són:

Plata (Ag)

La plata és el millor conductor elèctric entre tots els metalls. Té la major conductivitat i la menor resistivitat entre tots els materials a temperatura ambiente. És també maleable, soldable, ductil, resistente a la corrosió i solderable. El principal inconvenient de la plata és que és molt cara, el que limita el seu ús pràctic en màquines i equips elèctrics. No obstant això, encara s'utilitza en equips preciósos utilitzats per a la recerca on el cost no importa.

Propietats:

• Resistivitat: 1,58 µΩ-cm

• Coeficient de temperatura de la resistència a 20°C: 0,0038/°C

• Punt de fusió: 962°C

• Pesa específica: 10,49 g/cm³

Cobre (Cu)

El cobre és el material de conductivitat alta més ampliament utilitzat com a conductor per a màquines i equips elèctrics. Té excel·lents propietats de maleabilitat, soldabilitat, solderabilitat, ductilitat, resistència a la corrosió i flexibilitat. El cobre en forma pura té bona conductivitat, però la conductivitat del cobre de grau estàndard es veu reduïda a causa de la presència d'impuretes.

Propietats:

• Resistivitat: 1,68 µΩ-cm

• Coeficient de temperatura de la resistència a 20°C: 0,00386/°C

• Punt de fusió: 1085°C

• Pesa específica: 8,96 g/cm³

Or (Au)