Conductividad eléctrica para niños
La conductividad eléctrica (símbolo σ) es una medida de qué tan bien un material o sustancia permite que la corriente eléctrica pase a través de él. Imagina que la electricidad es como el agua y el material es una tubería; la conductividad nos dice qué tan fácil fluye el agua por esa tubería.
La conductividad de un material depende de cómo están organizados sus átomos y moléculas. Por ejemplo, los metales son muy buenos conductores porque tienen muchos electrones que pueden moverse libremente. Otros factores, como la temperatura, también pueden afectar la conductividad.
La conductividad es lo contrario de la resistividad (símbolo ρ). Si un material tiene alta conductividad, tiene baja resistividad, y viceversa. Su unidad de medida es el Siemens por metro (S/m).
Contenido
¿Quién descubrió la conductividad eléctrica?
El físico inglés Stephen Gray (1666-1736) fue uno de los primeros en estudiar cómo la electricidad se mueve a través de los objetos. En 1729, después de muchos experimentos, logró transmitir electricidad a través de un material conductor.
Gray descubrió algo muy importante: para que la electricidad pudiera viajar por un conductor, este debía estar aislado del suelo. Si no estaba aislado, la electricidad se iba a la tierra. Junto con otros científicos, Gray ayudó a clasificar los materiales en dos grupos: los que conducen la electricidad (conductores) y los que no (aislantes).
¿Cómo se conduce la electricidad en diferentes materiales?
La forma en que la electricidad se mueve cambia según el estado de la materia del material. Por ejemplo, en los materiales sólidos, los átomos no se mueven libremente. La electricidad se conduce principalmente gracias al movimiento de los electrones.
En los metales, hay electrones que se mueven casi sin restricciones por todo el material. En cambio, en los materiales aislantes, los electrones están fuertemente unidos a sus átomos y no pueden moverse fácilmente.
Conductividad en líquidos
En los líquidos, la conductividad eléctrica está relacionada con la presencia de sales disueltas. Cuando las sales se disuelven en agua, se separan en pequeñas partículas llamadas iones. Estos iones tienen carga eléctrica y pueden moverse, transportando la energía eléctrica si se aplica un campo eléctrico al líquido. Los líquidos que conducen electricidad de esta manera se llaman electrolitos.
Medir la conductividad en líquidos es muy útil en varias áreas:
- Ayuda a saber cuánta energía se necesita en procesos como la electrólisis (separar sustancias usando electricidad).
- Se usa en laboratorios para saber cuánta sal hay en diferentes soluciones, como el agua de calderas.
- Permite estudiar la fuerza de los ácidos.
- Sirve para determinar la cantidad de electrolitos en soluciones, incluso si son turbias o tienen mucho color.
Un uso muy común es para medir la salinidad (cantidad de sales) en suelos y sustratos de cultivo. Para esto, se disuelve una muestra en agua y se mide la conductividad del líquido resultante. Esto ayuda a los agricultores a saber si la tierra es adecuada para sus plantas.
Conductividad en sólidos
En los materiales sólidos, la capacidad de conducir electricidad se explica por la "teoría de bandas de energía". Esta teoría dice que en los materiales conductores, ciertas "bandas" de energía se superponen, creando una especie de "nube" de electrones libres. Estos electrones son los que se mueven y forman la corriente eléctrica cuando se aplica un campo eléctrico.
La Comisión Electrotécnica Internacional estableció un estándar para medir la conductividad eléctrica. Definieron que un hilo de cobre de 1 metro de largo y un gramo de masa, que tiene una resistencia de 0,15388 Ω a 20 °C, tiene una conductividad del 100 % IACS (International Annealed Copper Standard, que significa Estándar Internacional de Cobre Recocido). Si una aleación de cobre tiene una conductividad mayor a 100 % IACS, se le llama de alta conductividad.
Ejemplos de conductividad eléctrica
Aquí tienes una tabla con la conductividad de algunos materiales comunes:
| Tipo | Material | Conductividad eléctrica (S·m−1) | Temperatura (°C) | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Conductores | Grafeno | 98,7 × 106 | 20 | El mejor conductor conocido |
| Plata | 63,0 × 106 | 20 | La conductividad eléctrica más alta de cualquier metal | |
| Cobre | 59,6 × 106 | 20 | El conductor más usado para el transporte de energía eléctrica | |
| Cobre recocido | 58,0 × 106 | 20 | Es el estándar de 100 % IACS | |
| Oro | 45,5 × 106 | 20-25 | ||
| Aluminio | 37,8 × 106 | 20 | ||
| Wolframio | 18,2 × 106 | |||
| Hierro | 15,3 × 106 | |||
| Semiconductores | Carbono | 2,80 × 104 | ||
| Germanio | 2,20 × 10−2 | |||
| Silicio | 1,60 × 10−5 | |||
| Aislantes | Vidrio | 10−10 a 10−14 | ||
| Lucita | < 10−13 | |||
| Mica | 10−11 a 10−15 | |||
| Teflón | < 10−13 | |||
| Cuarzo | 1,33 × 10−18 | Solo si está fundido, en estado sólido es un semiconductor. | ||
| Parafina | 3,37 × 10−17 | |||
| Líquidos | Agua de mar |
(Entre 1,7 y 5,9 según salinidad y temperatura) |
23 | |
| Agua potable | 0,0005 a 0,05 | Rango típico de agua potable de alta calidad. | ||
| Agua desionizada | 5,5 × 10−6 |
¿Por qué los metales conducen la electricidad?
Los metales son excelentes conductores porque sus electrones más externos no están fuertemente unidos a un solo átomo. En cambio, se mueven libremente por todo el material, formando una especie de "mar de electrones". Cuando se aplica un campo eléctrico (como el que crea una pila), estos electrones libres se mueven en una dirección, creando la corriente eléctrica.
Este movimiento de electrones no es completamente libre. Los electrones chocan con los átomos del metal, lo que causa una resistencia al flujo de la corriente y produce calor (conocido como efecto Joule). Sin embargo, la forma en que los electrones se mueven y chocan es lo que permite que la electricidad fluya de manera constante.
Los científicos han desarrollado modelos para explicar este comportamiento. Uno de los primeros fue el modelo de Drude, que comparaba los electrones con pequeñas bolas que se mueven y chocan dentro del metal. Más tarde, la mecánica cuántica permitió crear modelos más avanzados que explican con mayor precisión cómo se comportan los electrones en los materiales conductores.
Galería de imágenes
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Representación del modelo de Drude: los electrones (en azul) se mueven por el campo eléctrico y chocan con los iones de la red cristalina (en rojo).
Ver también
- Conductancia
- Conductor eléctrico
- Resistencia eléctrica
- Superconductividad
- Unidades de electromagnetismo del SI
Véase también
En inglés: Electrical conductivity Facts for Kids
