¿Por qué el cobre es un buen conductor de electricidad?

¿Has notado que los cables eléctricos están compuestos principalmente de cobre? Esto se debe a su excelente conductividad. Permite el paso de la electricidad. Por lo tanto, se utilizan cables de cobre tanto a pequeña como a gran escala. Sin embargo, la pregunta es: ¿por qué es el cobre un buen conductor de electricidad?

 

¿Qué hace que el cobre conduzca la electricidad, convirtiéndolo en una opción superior? Existen otras opciones para fabricar cables, como el latón y el aluminio. Sin embargo, el cobre siempre es preferible. ¿Por qué? En este artículo, explicaré la lógica detrás de la conductividad eléctrica del cobre. Aprenderás por qué se prefiere el cobre sobre otros materiales. ¡Comencemos!

 

¿Por qué el cobre es un buen conductor de electricidad?

 

La lógica detrás de la alta conductividad eléctrica del cobre reside en sus electrones libres. El cobre tiene un solo electrón en su capa de valencia. Además, las fuerzas de atracción entre el núcleo del cobre y los electrones de su capa de valencia son muy bajas. Por lo tanto, este electrón está débilmente ligado y puede moverse libremente. Como resultado, se mueve y permite el flujo de electricidad.

 

Cada átomo consta de un número distinto de electrones. Estos electrones se encuentran en sus capas. Cada una de estas capas tiene su límite específico. El cobre posee 29 del total de electrones. La distribución de estos electrones en las capas es la siguiente:

 

1.ª capa (K) = 2 electrones

2.ª capa (L) = 8 electrones

3.ª capa (M) = 18 electrones

4.ª capa (N) = 1 electrón

 

Si observan, la cuarta capa tiene solo un electrón. Este electrón, presente en la capa más externa, se llama electrón de valencia. La primera capa está cerca del núcleo. Esta capa se alejará del núcleo a medida que ascendemos. La cuarta capa es la más alejada del núcleo en el caso de los átomos de cobre. Generalmente, el núcleo atrae a los electrones.

 

Sin embargo, debido a la distancia entre el núcleo y la cuarta capa, no puede atraer con fuerza al electrón de valencia. Esto da como resultado que un solo electrón de valencia se mueva libremente sin ningún obstáculo. Cuando se aplica el campo eléctrico, este electrón de valencia se mueve, permitiendo que la electricidad pase a través del cobre. Además, el cobre tiene baja resistencia, lo cual es otra ventaja.

 

Punto clave: Un electrón, al moverse, colisiona con otro. Esta colisión induce movimiento en el segundo electrón. Esto ocurre en cadena cuando se aplica un campo eléctrico o voltaje. Como resultado, la electricidad puede fluir fácilmente de un extremo a otro. El movimiento de los electrones de valencia causa esta cadena de electrones en movimiento.

 

Factores que afectan la conductividad eléctrica del cobre

El cobre generalmente presenta una resistencia muy baja a la electricidad, ¿verdad? Esto permite un flujo de corriente fluido en estos materiales. Sin embargo, algunos factores aumentan la resistencia, lo que afecta su conductividad eléctrica. Analicemos cada uno de estos factores y cómo afectan la conductividad eléctrica del cobre.

 

1- Temperatura

 

El aumento de temperatura reduce la conductividad eléctrica del cobre. ¿Cómo? Porque un aumento de temperatura incrementa la vibración entre los electrones. Esta vibración provoca una colisión entre ellos. Como resultado, se mueven en direcciones aleatorias. Este movimiento aleatorio de los electrones aumenta la resistencia al flujo de electricidad.

 

Por otro lado, una disminución de la temperatura mantiene estables los electrones. No hay movimiento aleatorio de electrones que pueda aumentar la resistencia. Por lo tanto, la electricidad puede pasar fácilmente. Podría decirse que también se producen colisiones de electrones cuando aplicamos un campo electrónico. Es cierto, pero esa colisión es más organizada, no aleatoria.

 

Punto clave: Cuando un electrón de valencia se mueve debido al voltaje aplicado, choca con otro electrón uno tras otro. Esta cadena está más organizada, en lugar de una colisión descontrolada. Los cables de cobre superenfriados (-273,15 °C o 0 K) generalmente ofrecen resistencia cero y tienen una conductividad eléctrica ideal.

 

2- Elementos de impurezas y aleación

 

Las impurezas presentes en el cobre pueden tener un impacto negativo en la conductividad eléctrica. Además, el cobre puede mezclarse con algunos elementos de aleación. Estos elementos también pueden reducir la conductividad. El cobre, en su forma pura, presenta baja resistencia. Sin embargo, las impurezas la aumentan.

 

Esto significa que la electricidad puede pasar, pero pierde energía para superar la resistencia. Esto resulta en una conductividad eléctrica menos uniforme o eficiente. Por ejemplo, impurezas como el níquel o el arsénico reducen la conductividad eléctrica del cobre. Además, las propiedades del elemento de aleación también son importantes. Si el elemento de aleación conduce la electricidad, no reducirá la conductividad del cobre, y viceversa.

 

3- Estrés mecánico y deformación

 

Si el cobre se somete a tensión, su conductividad eléctrica se altera y se reduce. Esto se debe a que la tensión altera la estructura atómica de los átomos. Por ejemplo, si se golpea con fuerza el cobre, este se deforma.

 

Su estructura atómica se verá alterada, lo que afectará la orientación de los electrones. Por lo tanto, al aplicar un campo eléctrico, los electrones de valencia se moverán. Sin embargo, no podrá inducir eficazmente el movimiento de otros electrones. Como resultado, la electricidad no podrá fluir con fluidez.

 

Conductividad eléctrica del cobre en comparación con la plata y el aluminio

Generalmente, la plata, el cobre y el aluminio se utilizan en electrodomésticos. Pero ¿cuáles ofrecen la conductividad ideal para cables? Averigüémoslo.

 

Entre estos tres, la plata ocupa el primer lugar. Ofrece una conductividad excepcional, ya que la electricidad fluye con fluidez sin obstáculos. Tiene una resistividad de 1,59 × 10⁻⁸ Ω·m, lo que la hace ideal para cables. Sin embargo, la plata no se utiliza en la fabricación de cables. ¿Por qué? Porque es un material de alta calidad y muy caro. Su elevado coste la hace poco práctica para su uso en cables.

 

El cobre ocupa el segundo lugar. Tiene una resistividad de 1,68 × 10⁻⁸ Ω·m. Este material se utiliza ampliamente en la fabricación de cables y otros electrodomésticos. ¿Por qué? Porque es asequible. Los cables de cobre son económicos y ofrecen una conductividad ideal. El aluminio ocupa el tercer lugar con una resistividad mayor, de 1,68 × 10⁻⁸ Ω·m.

 

Curiosamente, tanto el cobre como el aluminio tienen un electrón de valencia. La conductividad eléctrica del aluminio es menor que la del cobre. Esto se debe a que el aluminio tiene un total de 13 electrones. Su capa de valencia está relativamente más cerca del núcleo. Por otro lado, el cobre tiene 29 electrones y utiliza cuatro capas. Tres electrones de valencia están lejos del núcleo.

 

En el caso del aluminio, el núcleo atrae fuertemente el electrón de valencia debido a la menor distancia. Como resultado, el electrón no puede moverse libremente, a diferencia del electrón de valencia del cobre. Por ello, el cobre es más conductor de electricidad y se utiliza activamente en cables. Los cables de aluminio también están disponibles en el mercado. Sin embargo, su rendimiento eléctrico es menor que el de los cables de cobre.

 

¿Cómo influye la alta conductividad eléctrica del cobre en su mecanizado CNC?

La mayor conductividad eléctrica del cobre no afecta directamente su mecanizado CNC. Sin embargo, indirectamente ofrece algunas ventajas durante el mecanizado.

 

El cobre tiene electrones que se mueven libremente. Esto contribuye a la conductividad eléctrica y térmica. Este material puede disipar el calor rápidamente gracias a su mejor conductividad térmica. Durante el mecanizado CNC, las herramientas de corte generan calor durante el corte. El cobre disipa eficientemente este calor y evita problemas de sobrecalentamiento.

 

Si el cobre no disipa el calor, su mecanizado CNC llevaría mucho tiempo. Habrá que cortarlo lentamente y dejar que el calor se disipe. Sin embargo, la conductividad eléctrica no influye directamente en el proceso de mecanizado CNC del cobre.

 

Preguntas frecuentes

 

¿Es el cobre el mejor conductor de electricidad?

La plata tiene mayor conductividad eléctrica que el cobre. Sin embargo, es costosa y no se utiliza en electrodomésticos. Después de la plata, el cobre es la opción más conductiva y práctica para cables. Es asequible y su legibilidad es accesible en todas partes.

 

¿Cómo se compara el cableado de aluminio con el de cobre?

El cableado de cobre se considera superior al de aluminio. El aluminio tiene menos conductores eléctricos que el cobre. Además, ofrece mayor resistencia al flujo de electricidad. Los cables de aluminio aún se utilizan, pero siempre son de gran tamaño para transportar la electricidad eficazmente.

 

¿Por qué el cable de cobre es bueno para la electricidad?

El cobre posee electrones que se mueven libremente en su capa de valencia. Estos electrones pueden transmitir fácilmente la electricidad, lo que lo convierte en un conductor eléctrico. El cobre también ofrece una resistencia muy baja. Por ello, los cables de cobre son los preferidos para la electricidad.

 

Conclusión

 

El cobre es un material muy popular en diversas industrias. Los fabricantes utilizan máquinas CNC para cortarlo y moldearlo para crear una gran variedad de productos. Uno de sus usos más populares es la fabricación de cables y componentes eléctricos. Al utilizarse para fabricar cables, es conductor de electricidad. Sin embargo, muchos desconocen por qué ni cómo el cobre conduce la electricidad.

 

En este artículo, explico la lógica detrás de la conductividad eléctrica del cobre. También aprenderá cómo se compara con otros materiales, como el aluminio y la plata. En resumen, el cobre tiene electrones de valencia libres unidos débilmente al núcleo. La libre circulación de electrones permite el paso de la electricidad. Espero que este artículo le ayude a comprender la lógica detrás de la conductividad eléctrica del cobre.