Materiais de Baixa Resistividade e Alta Conductividade: Unha Visión Xeral
Un material de baixa resistividade ou alta conductibilidade defínese como un material que permite que a corrente eléctrica flua facilmente a través del. Estes materiais son moi útiles na enxeñaría eléctrica para a fabricación de máquinas, equipos e dispositivos eléctricos. Tamén úsanse como condutores para todo tipo de bobinados necesarios en máquinas, aparatos e dispositivos eléctricos. Ademais, úsanse como condutores na transmisión e distribución de enerxía eléctrica.
Propiedades dos materiais de baixa resistividade ou alta conductibilidade
As seguintes propiedades son desexables nos materiais de baixa resistividade ou alta conductibilidade:
A maior posible conductibilidade (idealmente cero). Isto significa que o material ofrece mínima resistencia a corrente eléctrica e, así, minimiza a perda de potencia e a xeración de calor.
O menor coeficiente de temperatura posible da resistencia (idealmente cero). Isto significa que a resistencia do material non cambia significativamente coa temperatura e, así, mantén un rendemento estable nunha ampla gama de temperaturas.
Punto de fusión alto. Isto significa que o material pode soportar altas temperaturas sen perder a súa forma ou conductibilidade.
Alta resistencia mecánica. Isto significa que o material pode resistir a deformación, fractura ou desgaste baixo estrés ou carga mecánica.
Alta ductilidade. Isto significa que o material pode ser estirado en fíos ou outras formas sen romperse ou racharse.
Alta resistencia á corrosión (libre de oxidación). Isto significa que o material non reacciona co oxixe ou outras substancias no ambiente e, así, preserva a súa conductibilidade e apariencia.
Soldabilidade. Isto significa que o material pode ser soldado facilmente para unir os condutores ou fixar outros compoñentes.
Baixo custo. Isto significa que o material é accesible e amplamente dispoñible.
Larga vida ou durabilidade. Isto significa que o material non degrada ou deteriórase ao longo do tempo e, así, mante a súa calidade e rendemento.
Alta flexibilidade. Isto significa que o material pode dobrarse ou torcerse sen romperse ou perder a súa conductibilidade.
As propiedades anteriores varían con o propósito para o que se está a usar o material. Por exemplo, algúns usos poden requiren maior conductibilidade que outros, mentres que algúns poden requiren maior resistencia mecánica que outros.
Factores que afectan a resistividade ou conductibilidade dos materiais
A resistividade ou conductibilidade dun material depende de varios factores, como:
Tipo de material. Diferentes materiais teñen diferentes estruturas atómicas e configuracións de electróns, que afectan a facilidade con que os electróns poden moverse a través deles. Xeralmente, os metais teñen menor resistividade que os non metais porque os metais teñen electróns libres que poden transportar corrente eléctrica, mentres que os non metais teñen electróns estreitamente ligados que resisten a corrente eléctrica.
Pureza do material. Calquera impureza, xa sexa metálica ou non metálica, aumenta a resistividade dos metais. Incluso unha impureza de baixa resistividade aumentará a resistividade do metal. A razón detrás disto é que a adición de lixeira impureza crea imperfeccións na rede cristalina, que perturban o flujo de electróns a través dos metais. Polo tanto, os metais puros teñen menor resistividade que as liga metálicas ou compostos.
A temperatura do material. A resistividade de moitos materiais aumenta coa temperatura porque a maior temperatura causa máis vibracións nos átomos, que interfieren co movemento dos electróns. No entanto, algúns materiais, como os semiconductores, teñen menor resistividade a temperaturas máis altas porque a maior temperatura aumenta o número de electróns libres dispoñibles para a conducción.
Forma e tamaño do material. A resistividade dun material é unha propiedade intrínseca que non depende da súa forma e tamaño. No entanto, a resistencia dun condutor depende da súa forma e tamaño porque a resistencia é proporcional ao lonxitude e inversamente proporcional á área da sección transversal. Polo tanto, os condutores máis longos e finos teñen maior resistencia que os máis curtos e grosos.
Exemplos de materiais de baixa resistividade ou alta conductibilidade
Algunhas exemplos de materiais de baixa resistividade ou alta conductibilidade son:
Prata (Ag)
A prata é o mellor condutor de electricidade entre todos os metais. Ten a maior conductibilidade e a menor resistividade entre todos os materiais a temperatura ambiente. É tamén maleable, soldável, dúctil, resistente á corrosión e soldable. O principal inconveniente da prata é que é moi cara, o que limita o seu uso práctico en máquinas e equipos eléctricos. No entanto, aínda se usa en equipos precioso utilizados para investigación onde o custo non importa.
Propiedades:
Resistividade: 1,58 µΩ-cm
Coeficiente de temperatura da resistencia a 20°C: 0,0038/°C
Punto de fusión: 962°C
Peso específico: 10,49 g/cm³
Cobre (Cu)
O cobre é o material de alta conductibilidade máis amplamente usado como condutor para máquinas e equipos eléctricos. Ten excelente maleabilidade, soldabilidade, soldabilidade, dúctilidade, resistencia á corrosión e flexibilidade. O cobre en forma pura ten boa conductibilidade, pero a conductibilidade do cobre de grao estándar diminúe debido á presenza de impurezas.
Propiedades:
Resistividade: 1,68 µΩ-cm
Coeficiente de temperatura da resistencia a 20°C: 0,00386/°C
Punto de fusión: 1085°C
Peso específico: 8,96 g/cm³
Ouro (Au)
O ouro é un metal precioso e caro que ten boa conductibilidade. O ouro ten a maior maleabilidade e dúctilidade entre todos os metais e pode ser estirado en fíos moi finos sen romperse. O ouro é tamén resistente á corrosión e soldable. Debido ao seu alto custo, o seu uso práctico limitase a instrumentos preciosos utilizados para investigación ou decoración.
Propiedades:
