Factores Clave que Determinan la Conductividad Eléctrica en Materiales Metálicos
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El Tiempo de Relajación y la Conductividad Eléctrica
El tiempo de relajación es una característica de cada material y es un tiempo promedio entre colisiones de los electrones de conducción con los átomos de la red. Estas colisiones provocan una variación de la velocidad de desplazamiento en forma de diente de sierra. Cuanto mayor es el tiempo de relajación, es decir, el intervalo entre colisiones, mayor será la velocidad alcanzada por los electrones. La conductividad eléctrica varía de forma directamente proporcional al número de electrones y al tiempo de relajación. A mayor tiempo de relajación, mayor conductividad eléctrica.
Efecto de la Temperatura en la Movilidad Electrónica
Según el modelo clásico, los átomos tienen energía vibracional. A medida que aumenta la temperatura, la energía térmica hace que los átomos vibren, provocando más colisiones entre los electrones. A más temperatura, más colisiones y menos tiempo de relajación. Estas vibraciones generan un gran número de ondas elásticas excitadas (fonones) que dispersan los electrones de conducción. Al aumentar la dispersión, se reduce la movilidad de los electrones, lo que provoca el descenso de la conductividad.
Contribuciones a la Resistividad (Ley de Matthiessen)
Existen dos contribuciones principales a la resistividad:
- Una térmica
que aumenta con la temperatura. - Otra residual
originada por las imperfecciones cristalinas.
Donde Matthiessen demostró que 
. Las impurezas perturban la regularidad de la red cristalina e incrementan la densidad de defectos. Cuanto mayores son las imperfecciones de la red cristalina, mayor es la pérdida de conductividad. También se pierde conductividad al añadir impurezas.
Aleaciones Metálicas de Alto Rendimiento
Aleaciones Cobre-Zirconio (Cu-Zr)
Con pequeños contenidos de Zr (menores del 0,20%) se pueden conseguir cargas de rotura superiores a 45 kg/mm2 con conductividades mayores del 80%. Estas aleaciones se emplean para máquinas eléctricas rotativas y conductores muy cargados térmica y mecánicamente. También destaca la temperatura de ablandamiento, que ronda los 600 °C.
Influencia de la Acritud y el Trabajo en Frío
La resistividad eléctrica aumenta con la acritud, que perturba profundamente el orden de la red cristalina. Sin embargo, el trabajo en frío es una manera efectiva de endurecer un conductor metálico sin perjudicar seriamente sus propiedades eléctricas.
Aleaciones de Aluminio Serie 1000
Las aleaciones de la serie 1000 tienen un contenido en aluminio mínimo del 99%, siendo las principales impurezas el Fe y el Si. De entre las aleaciones de la serie, destaca la aleación 1350 (E-Al) o aluminio comercial. Es el material conductor que más se utiliza, con las siguientes características:
- Pureza del 99,5%.
- El contenido de aleantes en forma de Ti+V+Mn+Gr está limitado al 0,03%.
Estos cables se utilizan en conductores de baja tensión (no se usan en alta por su baja carga de rotura).
Procesamiento Térmico del Cobre y Solubilidad
A temperatura ambiente, la solubilidad del Cu es solo del 0,1%. La solubilidad alcanza un máximo de 5,67% a 548 °C y permanece metaestable hasta temperaturas de 650 °C, lo que permite trabajarlo con facilidad. Si se enfría lentamente partiendo de 548 °C hasta temperatura ambiente, la aleación resultante es bastante blanda. Si en vez de este enfriamiento se realiza uno más rápido (temple), se producirá una estructura más fina que endurece de forma notable la aleación. Así, el enfriamiento rápido evita la precipitación, encontrándose el Cu en una solución sólida sobresaturada. En este estado, la aleación ya presenta un cierto endurecimiento. No obstante, puede aumentar su resistencia si la aleación en este estado se somete a una maduración por precipitación controlada de la solución sólida sobresaturada.
Aleación E-Al Mg Si (UNE: L-3431) - Aldrey
Es una aleación endurecible por envejecimiento, resistente a los agentes químicos. Posee una conductividad eléctrica algo menor que la del aluminio comercial, pero una resistencia mecánica bastante mayor. Con tratamientos específicos, se aumenta el valor de la resistencia a la tracción y del límite elástico. Se usa para realizar alambres para cables aéreos. Se denomina comercialmente como Aldrey.