Conductividad eléctrica de sustancias.

En este artículo, revelaremos el tema de la conductividad eléctrica, recordaremos qué es la corriente eléctrica, cómo se relaciona con la resistencia de un conductor y, en consecuencia, con su conductividad eléctrica. Notemos las principales fórmulas para calcular estas cantidades, tocando el tema. velocidad actual y su relación con la intensidad del campo eléctrico. También tocaremos la relación entre la resistencia eléctrica y la temperatura.

Para empezar, recordemos qué es la corriente eléctrica. Si coloca una sustancia en un campo eléctrico externo, bajo la acción de las fuerzas de este campo, el movimiento de los portadores de carga elementales (iones o electrones) comenzará en la sustancia. Será una descarga eléctrica. La corriente I se mide en amperios, y un amperio es la corriente a la que fluye una carga igual a un culombio a través de la sección transversal del cable por segundo.

La corriente es continua, alterna, pulsante.La corriente continua no cambia su magnitud y dirección en un momento dado, la corriente alterna cambia su magnitud y dirección con el tiempo (los generadores y transformadores de CA dan exactamente corriente alterna), la corriente pulsante cambia su magnitud pero no cambia de dirección (por ejemplo, corriente alterna rectificada) . los pulsos de corriente).

Las sustancias tienden a conducir una corriente eléctrica bajo la acción de un campo eléctrico, y esta propiedad se llama conductividad eléctrica, que es diferente para diferentes sustancias.La conductividad eléctrica de las sustancias depende de la concentración de partículas cargadas libres en ellas, es decir, iones y electrones que no están ligados ni a la estructura cristalina, ni a las moléculas, ni a los átomos de la sustancia dada. Entonces, dependiendo de la concentración de portadores de carga libres en una sustancia dada, las sustancias se dividen por grado de conductividad eléctrica en: conductores, dieléctricos y semiconductores.

Tiene la conductividad eléctrica más alta. hilos de corriente electrica, y por naturaleza física los conductores en la naturaleza están representados por dos tipos: metales y electrolitos. En los metales, la corriente se debe al movimiento de electrones libres, es decir, tienen conductividad electrónica, y en electrolitos (en soluciones de ácidos, sales, bases), del movimiento de iones, partes de moléculas que tienen un positivo y carga negativa, es decir, la conductividad de los electrolitos es iónica. Los vapores y gases ionizados se caracterizan por una conductividad mixta, donde la corriente se debe al movimiento de electrones e iones.

La teoría del electrón explica perfectamente la alta conductividad eléctrica de los metales.El enlace de los electrones de valencia con sus núcleos en los metales es débil, por lo que estos electrones se mueven libremente de átomo a átomo por todo el volumen del conductor.

Resulta que los electrones libres en los metales llenan el espacio entre los átomos como un gas, un gas de electrones, y están en movimiento caótico. Pero cuando un alambre de metal se introduce en un campo eléctrico, los electrones libres se moverán de manera ordenada, se moverán hacia el polo positivo, creando una corriente. Así, el movimiento ordenado de electrones libres en un conductor metálico se denomina corriente eléctrica.

Se sabe que la velocidad de propagación de un campo eléctrico en el espacio es aproximadamente igual a 300.000.000 m/s, es decir, la velocidad de la luz. Esta es la misma velocidad a la que la corriente fluye a través de un cable.

¿Qué significa? Esto no significa que cada electrón en el metal se mueva a una velocidad tan grande, sino que los electrones en un alambre, por el contrario, tienen una velocidad de unos pocos milímetros por segundo a unos pocos centímetros por segundo, dependiendo de fuerza del campo eléctrico, pero la velocidad de propagación de la corriente eléctrica a lo largo de un cable es exactamente igual a la velocidad de la luz.

El caso es que cada electrón libre resulta estar en el flujo general de electrones de este mismo "gas de electrones", y durante el paso de la corriente, el campo eléctrico actúa sobre todo este flujo, por lo que los electrones se transmiten constantemente. esta acción de campo entre sí - de vecino a vecino.

Pero los electrones se mueven a sus lugares muy lentamente, a pesar de que la velocidad de propagación de la energía eléctrica a lo largo del cable es enorme.Entonces, cuando se enciende el interruptor en la planta de energía, surge inmediatamente corriente en toda la red y los electrones prácticamente se detienen.

Sin embargo, cuando los electrones libres se mueven a lo largo de un cable, experimentan muchas colisiones en su camino, chocan con átomos, iones, moléculas, transfiriéndoles parte de su energía. La energía de los electrones en movimiento que superan esta resistencia se disipa parcialmente en forma de calor y el conductor se calienta.

Estas colisiones sirven como resistencia al movimiento de los electrones, por lo que la propiedad de un conductor de impedir el movimiento de partículas cargadas se denomina resistencia eléctrica. Con una baja resistencia del cable, el cable se calienta ligeramente por la corriente, con una significativa, mucho más fuerte e incluso blanca, este efecto se usa en dispositivos de calefacción y lámparas incandescentes.

La unidad de cambio de resistencia es Ohm. La resistencia R = 1 ohm es la resistencia de un cable de este tipo, cuando lo atraviesa una corriente continua de 1 amperio, la diferencia de potencial en los extremos del cable es de 1 voltio. El estándar de resistencia en 1 ohmio es una columna de mercurio de 1063 mm de altura, sección transversal de 1 mm cuadrado a una temperatura de 0 ° C.

Dado que los cables se caracterizan por su resistencia eléctrica, podemos decir que, hasta cierto punto, el cable es capaz de conducir corriente eléctrica. En este sentido, se introduce un valor denominado conductividad o conductividad eléctrica. La conductividad eléctrica es la capacidad de un conductor para conducir una corriente eléctrica, es decir, el recíproco de la resistencia eléctrica.

La unidad de conductividad eléctrica G (conductividad) es Siemens (S) y 1 S = 1/(1 Ohm). G = 1 / R.

Dado que los átomos de diferentes sustancias interfieren con el paso de la corriente eléctrica en diferentes grados, la resistencia eléctrica de diferentes sustancias es diferente. Por esta razón, se introdujo el concepto resistencia eléctrica, cuyo valor «p» caracteriza las propiedades conductoras de tal o cual sustancia.

La resistencia eléctrica específica se mide en Ohm * m, es decir, la resistencia de un cubo de sustancia con un borde de 1 metro. De manera similar, la conductividad eléctrica de una sustancia se caracteriza por la conductividad eléctrica específica ?, medida en S/m, es decir, la conductividad de un cubo de sustancia con una arista de 1 metro.

Hoy en día, los materiales conductores en ingeniería eléctrica se utilizan principalmente en forma de cintas, neumáticos, cables, con un área de sección transversal determinada y una longitud determinada, pero no en forma de metros cúbicos. Y para cálculos más convenientes de resistencia eléctrica y conductividad eléctrica de cables de tamaños específicos, se introdujeron unidades de medida más aceptables tanto para la resistencia eléctrica como para la conductividad eléctrica. Ohm * mm2 / m — para resistencia, y Cm * m / mm2 — para conductividad eléctrica.

Ahora podemos decir que la resistencia eléctrica y la conductividad eléctrica caracterizan las propiedades conductoras de un cable con un área de sección transversal de 1 mm2, 1 metro de largo a una temperatura de 20 ° C, es más conveniente.

Los metales como el oro, el cobre, la plata, el cromo y el aluminio tienen la mejor conductividad eléctrica. El acero y el hierro son menos conductores. Los metales puros siempre tienen mejor conductividad eléctrica que sus aleaciones, por lo que se prefiere el cobre puro en ingeniería eléctrica.Si necesita una resistencia especialmente alta, se utilizan tungsteno, nicromo, constantan.

Conociendo el valor de la resistencia eléctrica específica o la conductividad eléctrica, se puede calcular fácilmente la resistencia o la conductividad eléctrica de un determinado cable hecho de un material dado, teniendo en cuenta la longitud l y el área de la sección transversal S de este cable.

La conductividad eléctrica y la resistencia eléctrica de todos los materiales dependen de la temperatura, porque la frecuencia y la amplitud de las vibraciones térmicas de los átomos de la red cristalina también aumentan con el aumento de la temperatura, la resistencia a la corriente eléctrica y el flujo de electrones también aumentan en consecuencia.

A medida que la temperatura disminuye, por el contrario, las vibraciones de los átomos de la red cristalina se vuelven más pequeñas, la resistencia disminuye (aumenta la conductividad eléctrica). En algunas sustancias, la dependencia de la resistencia a la temperatura es menos pronunciada, en otras es más fuerte. Por ejemplo, aleaciones como constantan, fechral y manganin cambian ligeramente la resistencia en un cierto rango de temperatura, razón por la cual se fabrican resistencias termoestables.

¿Coeficiente de temperatura de la resistencia? le permite calcular para un material específico el aumento de su resistencia a una temperatura determinada y caracteriza numéricamente el aumento relativo de la resistencia con un aumento de temperatura de 1 ° C.

Conociendo el coeficiente de temperatura de resistencia y el aumento de temperatura, es fácil calcular la resistencia de una sustancia a una temperatura dada.

Esperamos que nuestro artículo te haya resultado útil y que ahora puedas calcular fácilmente la resistencia y la conductividad de cualquier cable a cualquier temperatura.