CONDUCTORS ELÈCTRICS: TIPUS I CARACTERÍSTIQUES PRINCIPALS - FÍSICA - 2025

Els conductors elèctrics o materials conductors són aquells que tenen poca resistència a la circulació del corrent elèctric, donades les seves propietats específiques. L'estructura atòmica dels conductors elèctrics facilita el moviment dels electrons a través d'aquests, amb la qual cosa aquest tipus d'elements afavoreix la transmissió d'electricitat.

Els conductors poden presentar-se de diverses formes, una d'aquestes és el material en condicions físiques específiques, com barres de metall (cabillas) que no hagin estat elaborades per formar part de circuits elèctrics. Tot i no formar part d'un muntatge elèctric, aquests materials sempre mantenen les seves propietats de conducció.

També existeixen els conductors elèctrics unipolars o multipolars, els quals són emprats formalment com a elements connectors de circuits elèctrics en àmbits residencials i industrials. Aquest tipus de conductor pot estar conformat en el seu interior per fils de coure o un altre tipus de material metàl·lic, recobert d'una superfície aïllant.

A més, depenent de la configuració de l'circuit, poden diferenciar-se els conductors per a aplicacions residencials (prims) o cables per a preses subterrànies en sistemes de distribució elèctrica (gruixuts).

A l'efecte de el present article, ens enfocarem en les característiques dels materials conductors en estat pur; a més, coneixerem quins són els materials conductors més emprats en l'actualitat i per què.

Característiques

Els conductors elèctrics es caracteritzen per no oferir molta resistència a el pas del corrent elèctric a través d'aquests, la qual cosa només és possible gràcies a les seves propietats elèctriques i físiques, que garanteixen que la circulació d'electricitat pel conductor no indueixi la deformació o destrucció de l'material en qüestió.

Característiques elèctriques

Les principals característiques elèctriques dels conductors elèctrics són les següents:

conductivitat bona

Els conductors elèctrics han de tenir una conductivitat elèctrica bona per complir amb la seva funció de transport d'energia elèctrica.

La Comissió Electrotècnica Internacional va determinar a mitjan 1913 que la conductivitat elèctrica de l'coure en estat pur podia servir de referència per mesurar i comparar la conductivitat d'altres materials conductors.

Així, es va establir l'Estàndard Internacional de l'Coure Recuit (International Annealed Copper Standard, IACS per les sigles en anglès).

La referència adoptada va ser la conductivitat d'un fil de coure recuit d'un metre de longitud, i un gram de massa a 20 ° C, el valor és igual a 5,80 x 10 ⁷ Sm ^-1. Aquest valor es coneix com conductivitat elèctrica 100% IACS, i és el punt de referència per mesurar la conductivitat dels materials conductors.

Un material conductor és considerat com a tal si té més de 40% IACS. Els materials que tinguin una conductivitat superior a 100% IACS són considerats materials d'alta conductivitat.

Estructura atòmica permet el pas del corrent

L'estructura atòmica possibilita el pas del corrent elèctric, ja que els àtoms posseeixen pocs electrons en la seva capa de valència i, al seu torn, aquests electrons estan despresos de l'nucli de l'àtom.

La configuració descrita implica que no es requereix d'una gran quantitat d'energia perquè els electrons es traslladin d'un àtom a l'altre, facilitant el moviment d'electrons a través del conductor.

Aquest tipus d'electrons s'anomena electrons lliures. La seva disposició i llibertat de moviment al llarg de l'estructura atòmica és el que fa propicia la circulació de l'electricitat a través del conductor.

nuclis units

L'estructura molecular dels conductors està conformada per una xarxa de nuclis molt unida, la qual es manté pràcticament immòbil causa de la seva cohesió.

Això fa propici el moviment dels electrons que es troben allunyats dins de la molècula, ja que aquests es mobilitzen lliurement i reaccionen davant la proximitat d'un camp elèctric.

Aquesta reacció indueix el moviment dels electrons en una direcció específica, amb la qual cosa es dóna peu a la circulació de corrent elèctric passant pel material conductor.

equilibri electrostàtic

A l'estar sotmesos a una càrrega particular, els materials conductors arriben eventualment un estat d'equilibri electrostàtic en el qual no es produeix el moviment de càrregues en l'interior de l'material.

Les càrregues positives s'aglomeren en un extrem de l'material i les càrregues negatives s'acumulen a l'extrem oposat. El desplaçament de les càrregues cap a la superfície de l'conductor genera la presència de camps elèctrics iguals i oposats a l'interior de l'conductor. Així, el camp elèctric intern total dins el material és nul.

Característiques físiques

mal·leables

Els conductors elèctrics han de ser mal·leables; és a dir, han de ser capaços de deformar sense trencar-se.

Els materials conductors solen emprar-se en aplicacions domèstiques o industrials, en les quals han de ser sotmesos a curvatures i doblecs; per això, la mal·leabilitat és una característica summament important.

resistents

Aquests materials han de ser resistents a el desgast, per suportar les condicions d'estrès mecànic a què solen estar sotmesos, unides a les temperatures elevades a causa de la circulació del corrent.

capa aïllant

A l'ésser emprats en una aplicació residencial, industrial o com a part de el sistema interconnectat de subministrament elèctric, els conductors han d'estar sempre recoberts per una capa aïllant adequada.

Aquesta capa externa, també coneguda com jaqueta aïllant, és necessària per evitar que el corrent elèctric que circula a través d'el conductor estigui en contacte amb les persones o objectes que es troben al voltant.

Tipus de conductors elèctrics

Hi ha diferents categories de conductors elèctrics i, al seu torn, en cada categoria hi ha els materials o mitjans de major conductivitat elèctrica.

Per excel·lència, els millors conductors elèctrics són els metalls sòlids, entre els quals es destaquen el coure, l'or, la plata, l'alumini, el ferro i alguns aliatges.

No obstant això, hi ha un altre tipus de materials o solucions que tenen bones propietats de conducció elèctriques, com el grafit o les solucions salines.

Depenent de la forma en la qual es duu a terme la conducció elèctrica, és factible diferenciar tres tipus de materials o mitjans conductors, els quals es detallen a continuació:

Conductors metàl·lics

Aquest grup està conformat pels metalls sòlids i les seves respectives aliatges.

Els conductors metàl·lics han de la seva alta conductivitat als núvols d'electrons lliures que afavoreixen la circulació de corrent elèctric a través d'aquests. Els metalls cedeixen els electrons situats en l'última òrbita dels seus àtoms sense invertir grans quantitats d'energia, la qual cosa fa propici el salt d'electrons d'un àtom a un altre.

Per la seva banda, els aliatges es caracteritzen per tenir una alta resistivitat; és a dir, presenten una resistència proporcional a la longitud i diàmetre de conductor.

Els aliatges més emprats en instal·lacions elèctriques són el llautó, un aliatge de coure i zinc; la llauna, un aliatge de ferro i estany; aliatges de coure i níquel; i aliatges de crom i níquel.

Conductors electrolítics

Es tracta de solucions constituïdes per ions lliures, que ajuden a la conducció elèctrica de classe ionica.

En la seva majoria, aquest tipus de conductors són presents en solucions iòniques, ja que les substàncies electrolítiques s'han de sotmetre a dissociacions parcials (o totals) per formar els ions que seran portadors de càrrega.

Els conductors electrolítics fonamenten el seu funcionament en les reaccions químiques i en el desplaçament de la matèria, la qual cosa facilita el moviment dels electrons a través del camí de circulació habilitat pels ions lliures.

Conductors gasosos

En aquesta categoria es troben els gasos que hagin estat sotmesos prèviament a un procés de ionització, la qual cosa possibilita la conducció d'electricitat a través d'aquests.

L'aire en si mateix funge com un conductor d'electricitat quan, a l'produir-se la ruptura dielèctrica, serveix com a mitjà conductor d'electricitat per a la formació de llamps i descàrregues elèctriques.

Exemples de conductors

alumini

És altament emprat en sistemes de transmissió elèctrica aeris ja que, tot i tenir una conductivitat 35% menor a l'comparar-se amb el coure recuit, el seu pes és tres vegades més lleuger que aquest últim.

Les preses d'alta tensió solen estar recobertes per una superfície externa de clorur de polivinil (PVC), la qual evita el sobreescalfament de l'conductor i aïlla el pas del corrent elèctric de l'exterior.

coure

És el metall més emprat com a conductor elèctric en aplicacions industrials i residencials, atès el balanç que presenta entre la conductivitat i el preu.

El coure pot ser emprat en conductors de baix i mitjà calibre, d'un o diversos fils, depenent de la capacitat amperimètrica de l'conductor.

or

És un material emprat en muntatges electrònics de microprocessadors i circuits integrats. També és emprat per fabricar els borns de les bateries per a vehicles, entre altres aplicacions.

La conductivitat de l'or és aproximadament 20% menor que la conductivitat de l'or recuit. No obstant això, és un material molt durador i resistent a la corrosió.

plata

Amb una conductivitat de 6,30 x 10 ⁷ Sm ^-1 (9-10% superior a la conductivitat de l'coure recuit), és el metall amb major conductivitat elèctrica conegut a la data.

Es tracta d'un material molt mal·leable i dúctil, amb una duresa comparable a la de l'or o el coure. No obstant això, el seu cost és summament elevat, pel que el seu ús no és tan comú en la indústria.

referències

1. Conductor elèctric (sf). EcuRed. L'Havana, Cuba. Recuperat de: ecured.cu
2. Conductors elèctrics (sf). Recuperat de: aprendeelectricidad.weebly.com
3. Longo, J. (2009) Conductors d'electricitat. Recuperat de: vivirhogar.republica.com
4. Martín, T, i Serrano A. (sf). Conductors en equilibri electrostàtic. Universitat Politècnica de Madrid. Espanya. Recuperat de: montes.upm.es
5. Pérez, J., i Gardey, A. (2016). Definició de Conductor elèctric. Recuperat de: definicion.de
6. Propietats dels conductors elèctrics (sf). Recuperat de: neetescuela.org
7. Wikipedia, L'Enciclopèdia Lliure (2018). Conductivitat elèctrica. Recuperat de: es.wikipedia.org
8. Wikipedia, L'Enciclopèdia Lliure (2018). Conductor elèctric. Recuperat de: es.wikipedia.org