Back to the topics list

conducción

La conducción es el proceso por el cual algo, como el calor o una corriente eléctrica, se mueve de una sustancia a otra sustancia. La conducción ocurre en sólidos, líquidos y gases. Sin embargo, los sólidos transfieren energía de manera más eficiente ya que las moléculas en los sólidos están más apretadas y las moléculas están más juntas.

• Para que haya conducción entre dos objetos, estos deben estar en contacto.
• Para que ocurra la conducción entre átomos dentro del mismo objeto, también deben tocarse (o casi tocarse).

Conducción de calor

La conducción del calor ocurre cuando las moléculas aumentan de temperatura; vibran, y esta vibración y movimiento transmiten la energía térmica a las moléculas circundantes.

Cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas se mantienen en contacto, el calor fluye desde un cuerpo a alta temperatura hacia el cuerpo a baja temperatura . La energía cinética promedio de la sustancia es una medida de la temperatura del cuerpo. Cuando hay un aumento en la energía cinética promedio de las moléculas de una sustancia, su temperatura aumenta, y si hay una caída en la energía cinética promedio de las moléculas de una sustancia, su temperatura disminuye.

Mantenga una sartén sobre una llama. La sartén pronto se calienta, porque el calor pasa de la llama a la sartén. Ahora retira la sartén del fuego. Gradualmente, la sartén se enfriará porque el calor se transfiere de la sartén al entorno. En ambos casos, el calor fluye de un objeto más caliente a un objeto más frío.

Habrías experimentado que si tocas una taza de té caliente, tu mano siente el calor de la taza. La razón es que parte de la energía térmica se transfiere de la taza a la mano. El calor se transfiere de un objeto caliente a un objeto frío si hay contacto entre ellos. En física, decimos que la transferencia de calor requiere un medio. La conducción térmica es el movimiento de calor de un objeto a otro que tiene diferentes temperaturas cuando se tocan. En los sólidos, generalmente, el calor se transfiere por el proceso de conducción. La conductividad térmica describe la eficiencia con la que un material puede pasar calor a través de él. Se define por la tasa de flujo de energía por unidad de área en comparación con un gradiente de temperatura.

Ley de conducción de calor de Fourier: La ley de Fourier muestra que la energía térmica se mueve de materiales más cálidos a materiales más fríos. La Ley de Fourier se puede escribir como

q = kAdT∕s

En esta ecuación, q se refiere a la tasa de conducción de calor, A es el área de transferencia de calor, k es la conductividad térmica del material, dT es la diferencia de temperatura a través del material y s se refiere al grosor del material.

Ejemplos:

• Calentar los músculos de la espalda con una almohadilla térmica.
• Si tienes frío y alguien te abraza; el calor está siendo conducido desde su cuerpo hacia el tuyo y te sientes cálido.
• Al freír verduras en una sartén. La transferencia de calor se lleva a cabo de la llama a la sartén y luego a las verduras.

Conducción de electricidad

La conducción de electricidad ocurre debido al movimiento de partículas cargadas eléctricamente a través de un medio. Este movimiento puede resultar en una corriente eléctrica, que puede ser transportada por electrones o iones. Un ejemplo de conducción eléctrica es cuando accidentalmente te electrocutas al tocar un cable vivo porque tu cuerpo contiene agua, que es un conductor de electricidad. Otro ejemplo es cuando la electricidad pasa a través de cables, que son conductores, para que podamos ver la televisión o usar una computadora.

La conductividad eléctrica es una medida de qué tan bien un material acomoda el movimiento de una carga eléctrica. En sólidos como los metales, los electrones están débilmente unidos a los átomos, por lo que los electrones pueden moverse libremente de un átomo a otro en un objeto metálico. Esta movilidad de electrones nos permite hacer pasar una corriente eléctrica a través de él. Si podemos pasar fácilmente una corriente eléctrica a través de objetos, los llamamos buenos conductores de electricidad. Los materiales que no permiten el paso de la electricidad a través de ellos se conocen como aislantes. La conductividad de los semiconductores es intermedia entre la de un aislante y la de un conductor. Un "vacío perfecto" no contiene partículas cargadas; las aspiradoras normalmente se comportan como muy buenos aislantes.

La conducción en metales está bien descrita por la Ley de Ohm , que establece que la corriente es proporcional al campo eléctrico aplicado. La facilidad con la que aparece la densidad de corriente (corriente por área) j en un material se mide por la conductividad σ , definida como:
j = σ mi,

E es el campo eléctrico en esa ubicación y σ es la conductividad del material, una medida de la facilidad con que las cargas se mueven a través de él.

La conductividad o resistividad eléctrica de un material es una propiedad inmutable que no cambia con respecto al tamaño o la forma del material.

Carga por conducción:
Los cuerpos pueden cargarse por el método de conducción, es decir, por contacto. Por conducción, el cuerpo adquiere la misma carga que sobre el cuerpo que carga.

Experimento: haga un cilindro de papel enrollando una tira de papel en un lápiz y luego tirando suavemente del lápiz. Suspender el cilindro de papel por un hilo atado a su centro. Tome una varilla de vidrio y frótela con seda para que tenga una carga positiva. Toca el cilindro de papel con esta varilla de vidrio. Retire la varilla de vidrio y luego vuelva a acercar la varilla de vidrio al cilindro de papel.

Notarás que el cilindro de papel es repelido por la varilla de vidrio. Esto significa que el cilindro de papel ha adquirido una carga positiva que es la misma carga que la varilla de vidrio debido a la conducción.

Ejemplos:

• Los cables de su casa conducen la electricidad y permiten que las luces se enciendan cuando acciona el interruptor.
• Con un teléfono fijo, las ondas sonoras se convierten en electricidad y se conducen a través de cables hasta el teléfono de la otra persona, donde se convierten de nuevo en ondas sonoras.
• Los pararrayos se instalan en los edificios para atraer rayos que los golpeen y conducir su energía hacia el suelo a través de cables conectados en lugar de dañar la estructura.
• Los corazones tienen su propio sistema de conducción eléctrica natural. Cuando un corazón late, sus señales eléctricas hacen que el corazón lata a un ritmo apropiado.
• Si el sistema eléctrico en el corazón de alguien no funciona correctamente, es posible que la persona deba tener un marcapasos instalado para simular la conducción.
• Los iones en el agua pueden hacer que conduzca electricidad. Por eso es importante evitar nadar durante una tormenta eléctrica; si un rayo cae sobre el agua, cualquiera que esté dentro corre el riesgo de electrocutarse.

Fotoconductividad

La fotoconductividad ocurre cuando un material absorbe radiación electromagnética, lo que resulta en un cambio en la conductividad eléctrica de la sustancia. La radiación electromagnética puede ser causada por algo tan simple como una luz que brilla sobre un semiconductor o algo tan complejo como un material expuesto a la radiación gamma. Cuando ocurre el evento electromagnético, aumenta el número de electrones libres, al igual que el número de huecos de electrones, lo que aumenta la conductividad eléctrica del objeto. Ciertos semiconductores cristalinos, como el silicio, el germanio, el sulfuro de plomo y el sulfuro de cadmio, y el selenio semimetálico relacionado, son fuertemente fotoconductores.

Ejemplos:

• fotocopiadoras
• Paneles solares
• Fotocélulas
• Equipo de detección de infrarrojos.

Buenos conductores del calor y la electricidad.

  Cualquier objeto que transfiere energía térmica o eléctrica, o ambas, de manera eficiente es un conductor. Los materiales que no permiten que el calor y la electricidad pasen a través de ellos es un aislante.

Los metales generalmente mueven el calor de manera eficiente y son buenos conductores de calor. Las telas y la madera tienden a proporcionar una mala conducción del calor. Generalmente, si una sustancia es buena conductora de energía térmica, también será buena conductora eléctrica. Esto no siempre es cierto; por ejemplo, la mica es un conductor de calor pero un aislante eléctrico. El agua salada es un mal conductor del calor pero un buen conductor eléctrico. Aún así, en general, el mismo empaquetamiento compacto de átomos y el movimiento relativamente libre de sus electrones que hace que la energía térmica se mueva en la sustancia también hace que la energía eléctrica de los electrones se mueva.

El agua pura, sin sólidos disueltos, no es eléctricamente conductora. La corriente eléctrica fluye más fácilmente cuando el agua tiene más minerales disueltos. El aire, una mezcla de gases, generalmente no es un buen conductor ni del calor ni de la electricidad. El aire, como el agua, se considera un aislante. Sin embargo, cuando las partículas en el aire reciben una fuerte carga eléctrica de, digamos, estática acumulada (de un campo eléctrico cuando un rayo está a punto de caer o del campo eléctrico de una línea eléctrica), el aire puede conducir electricidad.