PROPIEDADES ELECTRICAS Y MAGNETICAS

PROPIEDADES ELECTRICAS Y MAGNETICAS

Las propiedades eléctricas definen el comportamiento de los materiales frente a la corriente eléctrica y a los campos magnéticos respectivamente.

Resistencia eléctrica.

La principal propiedad eléctrica es la resistencia eléctrica. La resistencia eléctrica mide el grado de oposición de un material a ser atravesado por la corriente eléctrica. Un material tiene una alta resistencia cuando presenta gran oposición a ser atravesado por una corriente eléctrica. A los materiales con resistencia eléctrica alta los llamamos aislantes; mientras que a los materiales con una resistencia eléctrica bajo los llamamos conductores.

Son buenos aislantes (alta resistencia eléctrica): el vidrio, la madera, el aire, el plástico, etc. Se necesitan materiales aislantes cuando queremos evitar el paso o la circulación de corriente eléctrica, por ejemplo, la cubierta de un cable debe ser de material aislante así como la carcasa de un enchufe o las piezas que fijan los cables a las torres de transporte.

Emplearemos materiales conductores (de baja resistencia eléctrica) en líneas eléctricas y en dispositivos eléctricos. Materiales buenos conductores de la electricidad son todos los metales, el metal que mejor conduce la electricidad es la plata, seguida por el cobre.

Por ejemplo las clavijas de un enchufen han de construirse de material conductor (baja resistencia eléctrica) mientras que la carcasa del mismo enchufe, se construirá con material aislante (alta resistencia eléctrica).

Magnetismo.

Las propiedades magnéticas se refieren al comportamiento de los materiales con respecto a campos magnéticos. Los imanes son objetos que generan un campo magnético que atrae a los metales; a esta fuerza de atracción la denominamos magnetismo.

Con respecto al magnetismo nos interesan dos cosas, si un material es magnético o no lo es y si al magnetizar un material este se magnetiza temporalmente o permanentemente.

Propiedades magnéticas.

Los materiales que pueden ser atraídos por un imán, son los que poseen propiedades magnéticas. Ejemplos de materiales magnéticos son: Hierro, cobalto y níquel y acero.

Por el contrario la madera, el hormigón, el plástico o el vidrio transparente no tienen propiedades magnéticas, esto es, no son atraídos ni repelidos por campos magnéticos, ni pueden magnetizarse temporal ni permanentemente.

Magnetismo temporal y permanente.

Cuando se hace pasar una corriente eléctrica por una bobina de hilo conductor, esta se convierte en un imán. Si dentro de la bobina colocamos una barra de acero, esta se magnetiza permanentemente, pero si la barra es de hierro dulce, solo se magnetizará mientras esta circulando la corriente por la bobina.

Un electroimán o imán controlado por electricidad esta formado por una bobina y un núcleo de hierro dulce. Los electroimanes se emplean en motores eléctricos, timbres electroválvulas, altavoces y otros dispositivos electromagénticos.

Los materiales diamagnéticos son ligeramente repelidos por los imanes, ya que generan un campo magnético opuesto al que reciben. Los materiales paramagnéticos, sin embargo, generan un campo del mismo sentido que el que reciben y son atraídos por los imanes.

PROPIEDADES TERMICAS

La decisión de usar unos materiales u otros puede tener un gran impacto en el desempeño térmico y energético de los edificios. No todos los materiales son iguales, y no todos los materiales tienen el mismo comportamiento ante diferentes condiciones ambientales. Por otro lado algunos materiales tienen cualidades que, si se aprovechan, pueden ayudar a resolver las exigencias climáticas a las que se ven sometidos los edificios.

Podemos afirmar que conocer con cierto detalle las características térmicas de los materiales empleados en la edificación resulta indispensable para tomar decisiones de diseño adecuadas. En los siguientes artículos estudiaremos algunas de esas características, incluyendo las propiedades térmicas básicas (densidad, conductividad, resistencia, valor R, calor específico, calor específico volumétrico, capacidad térmica...), las propiedades superficiales (absortividad, emisividad, reflectividad...), así como los conceptos de aislamiento y masa térmica.

En esta categoría encontrarás los siguientes artículos (también puedes acceder a ellos mediante el menú correspondiente a la derecha):

Características térmicas básicas

En este tópico se describen las principales características térmicas de los materiales, haciendo énfasis en aquellos que se emplean de manera regular en la construcción. Al final podrás encontrar una tabla con algunos valores relacionados con estos parámetros.

Densidad

Si bien la densidad no es una propiedad térmica en sí misma, se trata de una característica que afecta de manera significativa el desempeño térmico de los materiales. La densidad, o masa específica de un material, es el cociente que resulta de dividir la cantidad de masa (kg) de dicho material por su volumen unitario (m3). Así, la densidad que caracteriza al material se mide en kilogramos por metro cúbico (kg/m3).

Los materiales empleados en la edificación presentan un amplio rango de densidades. Algunos productos aislantes apenas alcanzan una densidad de 10 kg/m3, mientras que los más pesados, como el cobre, alcanzan densidades cercanas a los 8,900 kg/m3.

Características superficiales

Las propiedades superficiales de los materiales pueden afectar de manera significativa su desempeño térmico, por lo que es necesario tomarlas en cuenta en el momento de su elección. Esto es especialmente importante para los materiales que conforman las capas externas de los cerramientos.

Absortividad y absortancia

La absortividad es la propiedad de un material que determina la cantidad de radiación incidente que puede absorver. La absortancia, por otro lado, representa en sí la fracción de radiación incidente que es absorbida por un material, con valores que van de 0.0 a 1.0 (aunque también se puede expresar en términos de porcentaje, de 0% a 100%). La absortancia, en ocasiones denominada absorción superficial, depende fundamentalmente del color y el acabado de los materiales.

La absortancia puede ser establecida en relación con radiaciones de diferentes longitudes de onda. Debido a ello es común encontrar tres formas distintas de absortancia: solar, visible y térmica:

La forma más común se refiere a la absortancia solar, la cual incluye el espectro visible, el infrarrojo y el ultravioleta. Este parámetro generalmente se usa para estimar la forma en que la radiación solar afecta el balance térmico de las superficies (exteriores e interiores) de los elementos constructivos. En la tabla incluida abajo se indican los valores de absortancia solar de algunos materiales constructivos.

Otro parámetro se refiere a la absortancia visible. Esta representa la fracción de la radiación visible incidente que es absorbida por un material. En ese sentido el rango de longitudes de onda considerado es mucho más estrecho que en el caso de la de radiación solar, ya que no se incluye el espectro infrarrojo ni el ultravioleta. Este parámetro también afecta el balance térmico superficial, aunque generalmente se emplea en los cálculos de iluminación.

Un tercer valor es el de la absortancia térmica, el cual se puede considerar un parámetro equivalente a la emitancia. La absortancia térmica representa la fracción de la radiación incidente de onda larga (longitudes de onda infrarrojas) que es absorbida por un material. Este parámetro afecta el balance térmico superficial, pero suele usarse para calcular los intercambios de radiación de onda larga entre varias superficies. Al igual que en los casos anteriores, los valores de la absortancia térmica van de 0.0 a 1.0, donde 1.0 representa las condiciones de un cuerpo negro ideal, el cual absorbería (y emitiría) toda la radiación de onda larga incidente.

Emisividad

La emisividad de un material representa la proporción entre la energía radiada por dicho material y la energía que radiaría un cuerpo negro ideal, dada la misma temperatura y la misma superficie. En ese sentido se trata de una medida de la capacidad de un material para absorber y radiar energía. Si asignamos al cuerpo negro ideal un valor de 1.0, entonces cualquier objeto real tiene una emisividad mayor a 0.0 y menor a 1.0.

Además de la temperatura, la emisividad depende de factores como las condiciones de las superficies (pulidas, oxidadas, grado de rugosidad), el ángulo de emisión y la longitud de onda. Sin embargo generalmente se asume que la emisividad y la absortividad de una superficie no dependen de la longitud de onda, sino que son constantes. Esto se conoce como el supuesto del cuerpo gris.

De acuerdo a la ley de Kirchhoff, para un objeto en equilibrio térmico la emisividad es igual a la absortividad, de tal manera que un objeto que absorbe menos radiación de la que incide sobre él también emitirá menos radiación que un cuerpo negro ideal.

En la siguiente tabla se muestran los valores de absortancia solar y emisividad de algunos materiales comunes en la edificación:

Fuentes: M. Evans (1980) y B. Givoni (1976)

Reflectividad y reflectancia

En óptica y termodinámica, la reflectividad representa la fracción

...