En la teoría electrónica, los electrones con carga negativa orbitan alrededor del núcleo (carga positiva) en órbitas fijas. Los materiales en los que los electrones son fácilmente atraídos por un campo eléctrico externo y escapan de sus órbitas para convertirse en electrones libres se denominan conductores. Los metales pueden conducir electricidad porque, bajo la influencia de un campo eléctrico externo, generan una gran cantidad de electrones libres. Estos electrones libres se mueven de un potencial bajo a uno alto, formando un flujo de electrones, o corriente eléctrica.
Los metales están compuestos por átomos dispuestos en una red regular, una estructura cristalina conocida como retícula. Cuando los electrones libres son acelerados y dirigidos por un campo eléctrico, chocan constantemente con los átomos y entre sí, lo que ralentiza su movimiento y disipa la energía. En consecuencia, los materiales conductores presentan una cierta resistencia al flujo de corriente eléctrica. Esta resistencia se llama resistencia, que representa la oposición del conductor al flujo de corriente.
La resistividad es la resistencia de un conductor hecho de un material específico que tiene una unidad de longitud estándar y una unidad de área de sección transversal estándar, a una temperatura dada.
Esta definición se puede entender mejor a través de una fórmula:
R=ρ·L/A
-
R es el resistencia del conductor, con la unidad en ohmios (Ω).
-
ρ (rho) es la resistividad, con la unidad en ohmios-metros (Ω·m).
-
L es el longitud del conductor, con la unidad en metros (m).
-
A es el área de la sección transversal del conductor, con la unidad en metros cuadrados (m2).
La resistividad y la conductividad están inversamente relacionadas.
Cuanto mayor sea la conductividad, menor será la resistencia del material y mejor será la conductividad.
En la tecnología de pruebas de corrientes de Foucault, la conductividad no requiere un valor absoluto sino un valor relativo. El más comúnmente utilizado es el Estándar Internacional de Cobre Recocido (IACS), que es una unidad no internacional que representa la conductividad del metal.
Para facilitar la distinción entre materiales, la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) estipuló en 1913 que la calibración de cobre de alta pureza industrial en estado recocido con una resistividad de 1 m de largo y 1 mm2 de área de sección transversal a una temperatura de 20°C era 1,7241×10−8Ω⋅m1,7241×10−8Ω⋅m, la conductividad de 100%IACS100%IACS, y la resistividad de otros metales o aleaciones ρXρX y la conductividad σxσx son la proporción de la conductividad del cobre de alta pureza industrial en este estado recocido a 20°C como la conductividad del metal o aleación, que se expresa como un porcentaje, es decir, %IACS o PIACS (P es un porcentaje)
Temperatura
Resistividad, conductividad y coeficiente de temperatura de resistencia de metales y aleaciones típicos
Composición de la aleación
Para materiales de aleación de solución sólida (los impactos se distribuyen uniformemente en los sustratos metálicos), si la disposición de los átomos de la aleación es irregular, es decir, solución sólida desordenada, su resistividad generalmente aumenta con el aumento de los componentes de la aleación. Sin embargo, si los átomos de la aleación se disponen en una proporción determinada en una red cristalina muy regular, es decir, una solución sólida ordenada, su resistividad tendrá un valor mínimo a medida que cambian los componentes de la aleación.
Los materiales de diferentes componentes de aleación tienen diferente conductividad, que no solo es la base del método de clasificación de materiales en la tecnología de detección de corrientes de Foucault, sino también uno de los factores importantes que deben considerarse en la detección de corrientes de Foucault que afecta la impedancia de la bobina de detección.
Contenido de impurezas
Las impurezas en los metales pueden causar distorsión de la red metálica, afectando la disposición de los átomos en el material, causando dispersión de electrones y aumentando la resistividad.
Tensión
La tensión interna presente en el metal puede hacer que la red metálica se deforme, aumentando la posibilidad de colisión de electrones, aumentando así la resistividad. Por ejemplo, dentro del rango elástico, la tensión de tracción o torsión unidireccional aumentará la resistividad del metal, mientras que bajo la acción de la tensión de compresión unidireccional, la resistividad se reducirá para la mayoría de los metales, o la tensión interna del metal después del procesamiento en frío y el tratamiento térmico también reducirá la conductividad.
Deformación normal lograda mediante procesamiento en caliente y en frío
El resultado de la deformación normal es que la estructura de disposición atómica se deforma y las posibilidades de colisión de electrones aumentan. Cuanto mayor sea el grado de deformación, mayor será el aumento de la resistividad. Sin embargo, para los metales procesados en frío, después del calentamiento a alta temperatura a largo plazo, como el recocido y la eliminación de la deformación de la red, la resistividad se puede reducir a un valor bajo cercano al valor original.
Proceso de tratamiento térmico
La conductividad del mismo material variará en diferentes estados de tratamiento térmico. Los metales monocristalinos o los metales de alta pureza totalmente recocidos tienden a tener una alta conductividad, mientras que las aleaciones tienen una conductividad más baja. El recocido de metales como aluminio, plata, cobre, hierro después del procesamiento en frío reducirá la resistividad. La resistencia del material generalmente disminuye con el aumento de la temperatura de recocido, pero cuando la temperatura de recocido es superior a la temperatura de recristalización, la resistencia aumentará en su lugar.
Además, diferentes tipos de materiales (aislantes, conductores, semiconductores) también tienen diferente conductividad.
Para tener una comprensión más profunda de las pruebas de corrientes de Foucault, necesitará conocer la permeabilidad magnética también.
Consulte nuestra publicación para la segunda parte.
PALABRAS CLAVE:
Cómo afecta la temperatura a la conductividad del metal, Efecto de las impurezas en la resistividad, Defectos de la red metálica y conductividad, Fundamentos de física de las pruebas de corrientes de Foucault, Conductividad vs. resistividad
