¿Qué es la Conductancia?
Cuando aplicamos la misma diferencia de potencial a través de diferentes conductores, veremos que diferentes corrientes fluyen a través de ellos. En realidad, cuánta corriente fluirá a través de un conductor específico para cierta diferencia de potencial aplicada a través de él, depende de una propiedad específica del conductor, llamada conductancia eléctrica.
Esta propiedad determina la facilidad con la que un actual puede fluir a través de un director. Como sabemos resistencia es una propiedad de un conductor que resiste el flujo de corriente a través de él. Eso significa que la conductancia eléctrica es una propiedad recíproca de la resistencia. Generalmente la conductancia se denota como,
Definición de Conducción Eléctrica
Conductividad eléctrica se define como una propiedad especial de un conductor que determina la facilidad con la que una corriente puede fluir a través de él.
Ecuación o fórmula de la conductancia eléctrica
Tomemos un trozo de conductor de longitud l y el área transversal A. Si se aumenta la longitud del conductor, los electrones tienen que derivar más caminos. Por lo tanto, hay más posibilidades de una colisión interatómica. Eso significa que la corriente se hace mucho más difícil de recorrer, significa conductancia eléctrica del conductor se reduce.
Así, la conductancia es inversamente proporcional a la longitud del conductor.
Si se aumenta el área transversal del conductor, la corriente obtiene más electrones de deriva. Por lo tanto, la conductancia del conductor se incrementa.
De la ecuación (1) y (2),
Donde, = constante de proporcionalidad conocida como conductividad o conductancia específica.
Conductividad específica o conductividad
En la ecuación de la conductancia ya hemos mencionado el término o Sigma como conductividad. Ahora bien, en esa ecuación si ponemos l = 1m y A = 1m2 entonces G = . Eso indica que es la conductancia de un conductor cuya longitud es de 1 m y el área de la sección transversal es de 1 m2. Esto significa que la conductancia o conductividad específica es la conductancia de un conductor cuyo volumen es de 1 m 1 m2 = 1 m3.
Definición de Conductividad Eléctrica
La conductividad es un material por unidad de volumen.
Conductividad eléctrica es una propiedad básica del material. Debido a esta propiedad un material puede conducir la electricidad. Algunos materiales son buenos conductores de electricidad, lo que significa que la corriente puede pasar a través de ellos muy fácilmente; de nuevo, algunos materiales no permiten que la corriente fluya a través de ellos. El material a través del cual la corriente pasa fácilmente, llamado buen conductor de la electricidad en otras palabras, la conductividad eléctrica de estos materiales es alta. Por otro lado los materiales que no permiten que la corriente fluya a través de ellos se llaman aislantes eléctricos. Hay algunos materiales cuya conductividad eléctrica no es tan alta como la del conductor y tampoco tan pobre como la del aislante, tienen una conductividad intermedia y este tipo de materiales se conocen como semiconductores.
Unidad de Conducta
Como mencionamos anteriormente, la conductancia es recíproca de la resistencia de la resistencia. Es decir,
La unidad de resistencia es ohm y por eso unidad de conductancia se escribe generalmente como mho la ortografía inversa de ohm. Un moderno ingeniería eléctrica, mho es nombrado por Siemens.
Unidad de Conductividad
La ecuación de la conductividad, ya la hemos deducido como,
Por lo tanto, la unidad de conductividad es,
Aquí, S es Siemens.
Tabla de resistividad y conductividad de diferentes materiales al 20oC
| Material | Resistividad a 20oC | Conductividad 20oC |
| Aire | 1.3 × 1016 a 3.3 1016 | 3 × 10-15 a 8 10-15 |
| Aluminio | 2.82 × 10-8 | 3.5 × 107 |
| Cobre recocido | 1.72 × 10-8 | 5.80 × 107 |
| Calcio | 3.36 × 10-8 | 2.98 × 107 |
| Carbono (amorfo) | 5 × 10-4 a 8 10-4 | 1,25 a 2 103 |
| Carbono (diamante) | 1 × 1012 | ~10-13 |
| Carbono (grafito) | 2.5 × 10-6 a 5.0 10-6 //plano base | 2 a 3 105 //plano base |
| Acero al carbono | -1010 | 1.43 × 10-7 |
| Constantan | 4.9 × 10-7 | 2.04 × 106 |
| Cobre | 1.68 × 10-8 | 5.96 × 107 |
| Agua desionizada | 1.8 × 105 | 5.5 × 10-6 |
| El agua potable | 2 × 101 a 2 103 | 5 × 10-4 a 5 10-2 |
| Cuarzo fundido | 7.5 × 1017 | 1.3 × 10-18 |
| GaAs | 5 × 10-7 a 10 10-3 | 5 × 10-8 a 103 |
| Germanio | 4.6 × 10-1 | 2.17 |
| Vidrio | 10 × 1010 a 10 1014 | 10-11 a 10-15 |
| Oro | 2.44 × 10-8 | 4.10 × 107 |
| Acero eléctrico orientado al grano | 4.60 × 10-7 | 2.17 × 106 |
| Goma dura | 1 × 1013 | 10-14 |
| Hierro | 1.0 × 10-7 | 1.00 × 107 |
| Dirija | 2.2 × 10-7 | 4.55 × 106 |
| Litio | 9.28 × 10-8 | 1.08 × 107 |
| Manganina | 4.82 × 10-7 | 2.07 × 106 |
| Mercurio | 9.8 × 10-7 | 1.02 × 106 |
| Nichrome | 1.10 × 10-6 | 9.09 × 105 |
| Níquel | 6.99 × 10-8 | 1.43 × 107 |
| Parafina | 1 × 1017 | 10-18 |
| PET | 10 × 1020 | 10-21 |
| Platino | 1.06 × 10-7 | 9.43 × 106 |
| Agua de mar | 2 × 10-1 | 4.8 |
| Silicio | 6.40 × 102 | 1.56 × 10-3 |
| Plata | 1.59 × 10-8 | 6.30 × 107 |
| Acero inoxidable | 6.9 × 10-7 | 1.45 × 106 |
| Azufre | 1 × 1015 | 10-16 |
| Teflón | 10 × 1022 a 10 1024 | 10-25 a 10-23 |
| Estaño | 1.09 × 10-7 | 9.17 × 106 |
| Titanio | 4.20 × 10-7 | 2.38 × 106 |
| Tungsteno | 5.60 × 10-8 | 1.79 × 107 |
| Madera (húmeda) | 1 × 103 a 4 | 10-4 a 10-3 |
| Madera (seca al horno) | 1 × 1014 a 16 | 10-16 a 10-14 |
| Zinc | 5.90 × 10-8 | 1.69 × 107 |
Teoría de bandas para la conductividad eléctrica
Los electrones en la órbita más externa de un átomo experimentan la menor fuerza de atracción. Así que el átomo más exterior puede separarse fácilmente del átomo padre. Expliquemos los detalles con la teoría de bandas.
Cuando se unen varios átomos, los electrones de un átomo experimentan fuerzas de otros átomos. Este efecto es más pronunciado en la mayoría de las órbitas exteriores. Debido a esta fuerza, los niveles de energía, que fueron definidos agudamente en un átomo aislado, se amplían ahora en bandas de energía. Debido a este fenómeno generalmente resultan dos bandas, a saber, la banda de valanceo y la banda de conducción.
La banda de Valance
La órbita más exterior de un átomo, donde los electrones están tan fuertemente ligados que; no pueden ser removidos como un electrón libre.
Banda de conducción
Este es el nivel de energía más alto o la órbita más exterior de la cáscara, en la que los electrones son lo suficientemente libres para moverse.
Band Gap
Hay una brecha de energía que separa estas dos bandas, la banda de cenefa y la banda de conducción. Esta brecha se llama brecha de energía prohibida.
La conductividad eléctrica del metal
En los metales, los átomos están tan apretados que el electrón de un átomo experimenta una fuerza suficientemente significativa de otros átomos cerrados. El resultado, la banda de valanceo y la banda de conducción en los metales se acercan mucho entre sí e incluso pueden superponerse. En consecuencia, al recibir una cantidad muy pequeña de energía del calor externo o de una fuente de energía eléctrica, los electrones ascienden fácilmente a niveles más altos en el metal. Estos electrones se conocen como electrones libres. Estos electrones libres son responsables de la corriente que fluye a través de un metal. Cuando se conecta una fuente eléctrica externa a un trozo de metal, estos electrones libres empiezan a fluir hacia los terminales de mayor potencial de la fuente, haciendo que la corriente fluya en el metal. En el metal, la densidad de los electrones libres en la banda de conducción es mucho mayor que en otros materiales, por lo que el metal se denomina muy buen conductor eléctrico. En otras palabras la conductividad eléctrica del metal es muy bueno.
Tabla de conductividad de diferentes metales
| Metales | Conductividad en Siemens/metro a 20oC |
| Plata | 6.30 × 107 |
| Cobre | 5.96 × 107 |
| Aluminio | 3.5 × 107 |
| Cobre recocido | 5.80 × 107 |
| Calcio | 2.98 × 107 |
| Acero al carbono (1010) | 6.99×106 |
| Constantan | 2.04 ×106 |
| GaAs | 5 × 10−8 a 103 |
| Oro | 4.10 × 107 |
| Acero eléctrico orientado al grano | 2.17×106 |
| Hierro | 1.00×107 |
| Dirija | 4.55 × 106 |
| Litio | 1.08 × 107 |
| Manganina | 2.07 × 106 |
| Mercurio | 1.02 × 106 |
| Nichrome | 9.09 × 105 |
| Níquel | 1.43 × 107 |
| Platino | 9.43 × 106 |
| Acero inoxidable | 1.45 × 106 |
| Estaño | 9.17 × 106 |
| Titanio | 2.38 × 106 |
| Tungsteno | 1.79 × 107 |
| Zinc | 1.69 × 107 |
Conductividad eléctrica de los semiconductores
En los semiconductores, la banda de faldón y la banda de conducción están separadas por un hueco prohibido de suficiente anchura. A baja temperatura, ningún electrón posee suficiente energía para ocupar la banda de conducción y por lo tanto no es posible ningún movimiento de carga. Pero a temperatura ambiente es posible que algunos electrones den suficiente energía y hagan las transiciones en la banda de conducción. La densidad de los electrones en la banda de conducción a temperatura ambiente no es tan alta como en los metales, por lo que no puede conducir la corriente tan bien como el metal. El la conductividad eléctrica de los semiconductores no es tan alto como el metal pero tampoco tan pobre como el aislante eléctrico. Por eso, este tipo de material se llama semiconductor significa medio conductor.
Tabla de conductividad de diferentes semiconductores
| Semiconductor | Conductividad en Siemens/metro a 20oC |
| Germanio | 2.17 |
| Silicio | 1.56 × 10− 3 |
Conductividad eléctrica del aislante
Idealmente, la conductividad eléctrica de un aislante eléctrico es nula. Los átomos de las moléculas del aislante son lo suficientemente estables desde el punto de vista eléctrico. La mayoría de las capas externas de estos átomos están completamente llenas de electrones. En tal material donde el hueco prohibido es muy grande y como resultado la energía requerida por el electrón para cruzar a la banda de conducción es prácticamente bastante grande. Aislantes no conducen la electricidad fácilmente. Eso significa que los conductividad eléctrica del aislante es muy pobre.
Tabla de conductividad de diferentes aislantes
| Aislante | La conductividad en Siemens por metro a 20oC |
| Aire | 3 × 10-15a 8 10−15 |
| Cuarzo fundido | 1.3 × 10-18 |
| Vidrio | 10-11 a 10-15 |
| Goma dura | 10-14 |
| Parafina | 10-18 |
| PET | 10-21 |
| Azufre | 10-16 |
| Teflón | 10-25 a 10-23 |
| Madera | 10-16 a 10 -14 |
