Resistividad para niños
La resistividad es una medida de qué tan bien un material se opone al paso de la corriente eléctrica. Imagina que la electricidad es como el agua que fluye por una tubería. La resistividad sería como la fricción dentro de esa tubería: si hay mucha fricción, el agua (electricidad) fluye con dificultad.
Se representa con la letra griega ρ (ro) y se mide en ohmios por metro (Ω·m).
Un valor alto de resistividad significa que el material es un aislante, lo que quiere decir que la electricidad no puede pasar fácilmente a través de él. Un valor bajo indica que el material es un conductor, permitiendo que la electricidad fluya con facilidad.
La conductividad eléctrica es lo opuesto a la resistividad. Mide la capacidad de un material para conducir la corriente eléctrica. Se representa con la letra griega σ (sigma) y se mide en siemens por metro (S/m).
La resistividad y la conductividad son propiedades propias de cada material. Esto significa que no importa el tamaño o la forma de un trozo de cobre, su resistividad siempre será la misma. Sin embargo, la resistencia eléctrica de un objeto sí depende de su forma y tamaño. Por ejemplo, un cable de cobre largo y delgado tendrá más resistencia que uno corto y grueso, aunque ambos estén hechos del mismo material.
| Símbolo | Nombre | Unidad |
|---|---|---|
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Resistividad | Ω m |
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Resistencia | Ω |
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Sección transversal | m2 |
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Longitud | m |
La resistividad de los metales generalmente aumenta cuando la temperatura sube. En cambio, la resistividad de los semiconductores suele disminuir al aumentar la temperatura.
Contenido
¿Cómo se calcula la resistividad?
La fórmula básica de la resistividad
Para entender la resistividad, podemos pensar en un cable. La resistencia eléctrica (R) de ese cable depende de tres cosas:
- La resistividad (ρ) del material del que está hecho.
- La longitud (ℓ) del cable.
- El área de su sección transversal (A), que es el tamaño de su "corte" o grosor.
La fórmula que relaciona estas cantidades es: Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): {\displaystyle R = \rho \frac\ell A}
De esta fórmula, podemos despejar la resistividad: Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): {\displaystyle \rho = R \frac A \ell}
Esto significa que la resistividad se calcula multiplicando la resistencia por el área de la sección transversal y dividiendo por la longitud. La unidad de la resistividad es el ohmio-metro (Ω·m).
Por ejemplo, si tienes un cubo de un material de 1 metro de largo, 1 metro de ancho y 1 metro de alto, y su resistencia es de 1 ohmio, entonces la resistividad de ese material es de 1 Ω·m.
Resistividad y conductividad: una relación inversa
La conductividad (σ) es simplemente la inversa de la resistividad (ρ). Esto se expresa con la siguiente fórmula: Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): {\displaystyle \sigma = \frac{1}{\rho}}
Esto significa que si un material tiene una alta resistividad (es un mal conductor), tendrá una baja conductividad. Y si tiene una baja resistividad (es un buen conductor), tendrá una alta conductividad.
¿Por qué los materiales conducen o no la electricidad?
Electrones en los materiales
Dentro de los materiales, los electrónes se mueven en niveles de energía específicos, como si fueran escalones. Cuando muchos de estos niveles están muy juntos, forman lo que llamamos "bandas de energía". Los electrones siempre buscan ocupar los niveles de energía más bajos posibles.
La clave para la conducción eléctrica está en cómo se llenan estas bandas de energía. Solo los electrones que están en niveles de energía más altos, cerca de un punto llamado "nivel de Fermi", pueden moverse libremente y conducir la electricidad. Los electrones en niveles de energía más bajos están "atrapados" y no pueden moverse.
Metales: excelentes conductores
. Los metales son muy buenos conductores porque tienen muchos electrones libres que pueden moverse fácilmente. Estos electrones forman una especie de "mar" que se extiende por todo el metal. Cuando aplicamos un voltaje, los electrones se mueven hacia el lado positivo, creando una corriente eléctrica.
La resistencia en los metales se debe principalmente a dos cosas:
- Temperatura: Cuando un metal se calienta, sus átomos vibran más. Estas vibraciones dificultan el paso de los electrones, aumentando la resistencia.
- Pureza: Si un metal no es puro y tiene otros elementos mezclados, estas impurezas también dificultan el movimiento de los electrones, aumentando la resistencia.
Semiconductores y aislantes: un caso diferente
En los semiconductores y aislantes, los electrones llenan completamente las bandas de energía más bajas, y el "nivel de Fermi" cae en un espacio vacío entre bandas. Esto significa que no hay electrones libres para moverse fácilmente. Por eso, a temperatura ambiente, los aislantes casi no conducen electricidad.
Los semiconductores son especiales porque su conductividad puede cambiar. Si se les añade una pequeña cantidad de impurezas (un proceso llamado "dopaje") o se calientan, algunos electrones pueden saltar a la banda de conducción, permitiendo que la electricidad fluya.
Líquidos iónicos y electrolitos
En algunos líquidos, como el agua salada o los electrolitos, la electricidad no se conduce por electrones que se mueven libremente, sino por iones. Los iones son átomos o moléculas que tienen una carga eléctrica. Cuando se aplica un voltaje, estos iones cargados se mueven, llevando la corriente. Por eso, el agua pura es un mal conductor, pero el agua con sal es un buen conductor.
Resistividad de las rocas
Las rocas, en su mayoría, son aislantes porque sus minerales no conducen bien la electricidad. Sin embargo, si una roca es porosa y sus poros están llenos de electrolitos (como agua con sales disueltas), entonces puede conducir la electricidad. En este caso, la conducción se debe al movimiento de los iones en el líquido dentro de los poros.
La resistividad de las rocas porosas saturadas (con sus poros llenos de líquido conductor) es muy importante en geología y exploración.
Tabla de resistividades de algunos materiales
| Material | Resistividad (en 20 °C-25 °C) (Ω·m). |
|---|---|
| Grafeno | 1,00 x 10-8 |
| Plata | 1,59 x 10-8 |
| Cobre | 1,71 x 10-8 |
| Oro | 2,35 x 10-8 |
| Aluminio | 2,82 x 10-8 |
| Wolframio | 5,65 x 10-8 |
| Níquel | 6,40 x 10-8 |
| Hierro | 8,90 x 10-8 |
| Platino | 10,60 x 10-8 |
| Estaño | 11,50 x 10-8 |
| Acero inoxidable 301 | 72,00 x 10-8 |
| Grafito | 60,00 x 10-8 |
La plata es el mejor conductor de la electricidad a temperatura ambiente.
Galería de imágenes
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Pieza de material resistivo con contactos eléctricos en ambos extremos.
Véase también
En inglés: Electrical resistivity Facts for Kids
- Conductancia eléctrica
- Conductor eléctrico
- Conductividad eléctrica
- Resistencia eléctrica
- Superconductividad
