¿qué materiales son conductores de la electricidad y conductividad térmica?

material eléctricamente no conductor y térmicamente conductor

La conductividad desempeña un papel fundamental en muchas industrias, como la electrónica, la aeroespacial y las telecomunicaciones. Sin embargo, en realidad hay varios tipos de conductividad. La conductividad térmica se refiere a la capacidad de un material para transmitir el calor, mientras que la conductividad eléctrica se refiere a la capacidad de un material para permitir el paso de la corriente eléctrica sin resistencia. En general, los materiales que presentan una alta conductividad térmica también tienen una alta conductividad eléctrica.

La conductividad varía entre los distintos materiales y en función de las condiciones externas. Algunos de los factores que influyen en la conductividad son la forma, el tamaño, la temperatura y los campos electromagnéticos externos. Las impurezas de una sustancia también pueden obstaculizar el flujo de electrones y disminuir la conductividad.

La mayoría de los metales conducen el calor y la electricidad en cierta medida, pero algunos son más conductores que otros. Por ello, la conductividad es un factor importante que hay que tener en cuenta al galvanizar. Si quiere un producto final que pueda conducir bien el calor o la electricidad, tendrá que elegir un revestimiento metálico conductor que resista las exigencias únicas de su aplicación.

materiales con alta conductividad térmica y baja conductividad eléctrica

La palabra conductor suele significar un material con alta conductividad eléctrica (baja resistividad). Sin embargo, la mayoría de los conductores eléctricos (normalmente metales), son también buenos conductores térmicos[4] Por ejemplo, el cobre es a la vez un excelente conductor térmico y eléctrico. Un modelo sencillo que explica esta relación (un buen modelo conceptual, pero que se salta algunos detalles importantes) es pretender que los electrones del metal se comportan como un gas que se mueve libremente y transporta tanto la corriente eléctrica como el calor.

Los valores de la conductividad térmica y la conductividad eléctrica de muchos metales dependen de la temperatura. Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la conducción térmica (en comparación con la conducción eléctrica). Esta relación lineal puede expresarse y compararse mediante una relación conocida como ley de Wiedemann-Franz. Esta relación se expresa como:[5]

Lo contrario suele ser cierto, aunque no siempre;[4] por ejemplo, los diamantes son excelentes conductores térmicos (incluso mejores que el cobre) pero suelen ser aislantes eléctricos. Aunque a temperaturas muy bajas un grupo de investigación encontró [6] que los diamantes pueden convertirse en superconductores por debajo de 4 K (la superconductividad es específicamente una descripción de la conducción eléctrica, no de la conducción térmica).

nitruro de aluminio

Las razones pueden variar de una aplicación a otra. Sin embargo, la mejora de la gestión térmica es cada vez más importante para mantener el rendimiento y la fiabilidad a largo plazo de los conjuntos de sistemas de placas de circuito impreso en prácticamente todos los sectores.

Transporte: Desde el ferrocarril hasta la carretera, los vehículos dependen cada vez más de los conjuntos de sistemas de PCB para todo, desde la optimización del consumo de combustible y la seguridad hasta la propulsión y el frenado. A medida que esta tendencia se acelere, impulsará la demanda de soluciones de gestión térmica de mayor rendimiento y más rentables.

Gestión del calor: La tendencia hacia dispositivos más pequeños con componentes de sistemas de PCB más densos está convergiendo con un mayor uso de las arquitecturas de flip chips y troqueles apilados. En consecuencia, se necesitan nuevas soluciones de gestión térmica para disipar eficazmente el calor y ofrecer una mayor fiabilidad del dispositivo.

Iluminación de estado sólido: A diferencia de las fuentes de luz convencionales, la capacidad de gestionar la temperatura de un módulo LED tiene un impacto directo en la fiabilidad, la calidad de la producción, la vida útil y el coste del sistema del dispositivo. Además, la gestión térmica se está convirtiendo en una métrica de rendimiento cada vez más importante para toda la cadena de valor de los LED, ya que la iluminación de estado sólido compite con la iluminación convencional en aplicaciones de alta intensidad y alta temperatura.

conductor térmico pero no eléctrico

En la transferencia de calor, la conductividad térmica de una sustancia, k, es una propiedad intensiva que indica su capacidad para conducir el calor. Para la mayoría de los materiales, la cantidad de calor conducido varía (normalmente de forma no lineal) con la temperatura[1].

Las mezclas pueden tener conductividades térmicas variables debido a su composición. Hay que tener en cuenta que para los gases en condiciones habituales, la transferencia de calor por advección (causada por convección o turbulencia, por ejemplo) es el mecanismo dominante en comparación con la conducción.

Esta tabla muestra la conductividad térmica en unidades SI de vatios por metro-kelvin (W-m-1-K-1). Algunas mediciones utilizan la unidad imperial BTUs por pie por hora por grado Fahrenheit (1 BTU h-1 ft-1 F-1 = 1,728 W-m-1-K-1)[2].

Las conductividades térmicas se han medido con métodos de flujo de calor longitudinal, en los que la disposición experimental está diseñada de tal manera que el flujo de calor se produce sólo en la dirección axial, las temperaturas son constantes y se evita o minimiza la pérdida de calor radial. En aras de la simplicidad, las conductividades halladas por este método en todas sus variantes se denominan conductividades L, las halladas por mediciones radiales de este tipo se denominan conductividades R, y las halladas por flujo de calor periódico o transitorio se denominan conductividades P. Numerosas variaciones de todos los métodos anteriores y otros varios han sido discutidos por algunos G. K. White, M. J. Laubits, D. R. Flynn, B. O. Peirce y R. W. Wilson y otros teóricos que se anotan en una serie de datos internacionales de la Universidad de Purdue, Volumen I páginas 14a-38a.[7].