Conductividad eléctrica
La conductividad eléctrica (símbolo σ) es la medida de la capacidad de un material o sustancia para dejar pasar la corriente eléctrica a través de él. Depende de la estructura atómica y molecular del material. Los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones con vínculos débiles, y esto permite su movimiento. También depende de otros factores físicos del material y de la temperatura.
La conductividad es inversa de la resistividad (símbolo ρ). Su unidad es el S/m (siemens por metro) o Ω−1·m−1. Usualmente, la magnitud de la conductividad es la proporcionalidad entre el campo eléctrico y la densidad de corriente de conducción.
Conductividad y resistividad eléctrica
Una de las partículas subatómicas de un átomo es el electrón. Los electrones llevan una carga electrostática negativa y bajo ciertas condiciones pueden pasar de un átomo a otro. La dirección del movimiento entre átomos es aleatoria, a menos que una fuerza haga que los electrones se muevan en una dirección. Este movimiento direccional de electrones debido a una fuerza electromotriz es lo que se conoce como electricidad.
Medición en % IACS
La conductividad eléctrica es una medida de qué tan bien un material se adapta al movimiento de una carga eléctrica. Es la relación entre la densidad de corriente y la intensidad del campo eléctrico. Su unidad derivada del SI es el Siemens por metro, pero los valores a menudo se informan como porcentaje IACS. IACS es un acrónimo de Estándar Internacional de Cobre Recocido, establecido por la Norma Electroquímica Internacional de 1913.
La conductividad del cobre recocido (5,8001 x 107S/m) se define como 100 % IACS a 20 °C. Todos los demás valores se relacionan con esta conductividad. Por ejemplo, el hierro con un valor de 1,04 x 107 S/m tiene una conductividad de aproximadamente el 18 % de la del cobre recocido y se informa como 18 % IACS. Los productos de cobre comercialmente puro suelen tener hoy valores superiores al 100% IACS, porque las técnicas de procesamiento han mejorado desde 1913 y ahora se pueden eliminar más impurezas del metal.
Los valores en Siemens/metro se convierten a % IACS multiplicándolos por 1,7241 x10-6. Cuando los valores se informan en microSiemens/centímetro, se multiplican por 172,41.
Los valores de conductividad se ven afectados por la composición química de las sustancias y por el estado de tensión de las estructuras cristalinas. Por eso sirven para medir la pureza del agua, clasificar materiales, comprobar el tratamiento térmico adecuado de metales e inspeccionar daños por calor en algunos materiales.
Resistividad eléctrica
La resistividad eléctrica es el recíproco de la conductividad. Es la oposición de un cuerpo o sustancia al flujo de corriente eléctrica, lo que resulta en un cambio de energía eléctrica en calor, luz u otras formas de energía. La resistencia depende del tipo de material. Los materiales con baja resistividad son buenos conductores y los de alta resistividad son buenos aislantes.
Los materiales de aislamiento desempeñan una función importante en todos los equipos eléctricos. Deben aislar las partes energizadas de un aparato de sus otras partes que operan a diferentes tensiones o que están a potencial de tierra. De no hacerlo, las consecuencias son graves, incluido el fallo del propio aparato. En aparatos llenos de aceite, como los transformadores, los fallos dieléctricos pueden provocar incendios, explosiones, daños en equipos circundantes y el fin de la vida útil.
Hay varias pruebas eléctricas para equipos fuera de línea que evalúan la condición del aislamiento:
- Prueba de resistencia de aislamiento CC.
- Factor de potencia/factor de disipación (FP/FD) y capacitancia.
- Métodos de respuesta dieléctrica, como la respuesta a la frecuencia dieléctrica (DFR).
Cada prueba cumple una función única respecto a las necesidades de prueba del transformador, por lo que conviene entenderlas todas. La industria de la energía eléctrica ha dependido del factor de potencia/factor de disipación y de la capacitancia durante casi un siglo para evaluar el aislamiento. Estas pruebas detectan defectos localizados en sistemas de aislamiento de capas múltiples y ganaron popularidad a principios del siglo XX, cuando se generalizaban los pasatapas tipo condensador. Los problemas de fabricación de estos pasatapas no se identificaban de forma coherente con resistencia de aislamiento de CC, y los fabricantes prefirieron el factor de potencia/factor de disipación y la capacitancia.
El factor de potencia/factor de disipación y la capacitancia se miden simultáneamente en una misma prueba. Cada uno ofrece información distinta sobre el estado de un sistema de aislamiento.
Factor Q
El factor Q, también llamado factor de calidad o factor de selectividad, mide la relación entre la energía reactiva que almacena un sistema y la energía que disipa durante un ciclo completo de la señal. Un factor Q alto indica una tasa baja de pérdida de energía en relación con la energía almacenada por el resonador. Es un parámetro importante para osciladores, filtros y otros circuitos sintonizados, porque mide qué tan aguda es su resonancia.
Los sistemas resonantes responden a una frecuencia determinada, llamada frecuencia natural, frecuencia propia o frecuencia de resonancia, mucho más que al resto. El rango de frecuencias al que el sistema responde significativamente es el ancho de banda, y la frecuencia central es la frecuencia de resonancia eléctrica.
También se define el factor de calidad para componentes, en particular varactores y cristales.
El factor de calidad de circuitos pasivos formados con resistencias, bobinas y condensadores es bajo, inferior a 100, principalmente por la resistividad del hilo de las bobinas, ya que para valores elevados de inductancia se necesitan grandes longitudes de hilo. Los circuitos activos que funcionan como multiplicadores de inductancia o capacidad pueden mejorar el Q.
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