Constantán

Condutor eléctrico (resistor) de constantán.

O constantán é unha aliaxe de cobre e níquel constituída xeralmente por un 55% de cobre e un 45% de níquel,[1][2]

Esta aliaxe tamén é coñecida na literatura científica e técnica internacional como constantan, eureka, advance e ferry.[3]

A súa principal característica é a súa resistividade, que é constante nunha ampla gama de temperaturas. Esta propiedade fai que se utilice en aplicacións técnicas electrotérmicas, termoeléctricas e outras, como aparellos de calefacción, até o limiar de 500°C.[4][5]

Etimoloxía

O termo deriva do alemán Konstantan ®, unha marca rexistrada.[6]

Historia

Precedente histórico

Está documentado que, en 1887, o químico estadounidense de orixe británica Edward Weston (1850–1936) descubriu que os metais poden ter un coeficiente térmico de resistividade eléctrica de valor negativo, creando, daquela época, unha aliaxe que denominou "Aliaxe nº 2".
Esta viría a ser posteriormente producida na Alemaña, co nome de Konstantan ® [7][8]

O nome da marca

Konstantan ® é unha marca comercial da empresa alemá ThyssenKrupp VDM GmbH para unha aliaxe que xeralmente está composta por cerca do 55% de cobre, o 44% de níquel e o 1% de manganeso (ademais de trazas doutros elementos, especialmente ferro). É caracterizada por presentar nunha ampla gama de temperaturas, un coeficiente de variación térmica da resistividade eléctrica aproximadamente constante.

Existen tamén outras ligas que presentan propiedades semellantes (con coeficientes de temperatura tamén baixo) como, por exemplo, a manganina (Cu 86%, Mn 12% Ni 2%) ou o nicromo (Cr 15~25%, Ni 19~80%, e o resto de Fe).

Rexistro da marca

O rexistro da marca fíxose o 14 de decembro de 1952 na patente alemá (Trademark Office), e agora está rexistrado o nome para esa alixe primariamente de cobre-níquel, como na linguaxe corrente se usa. No inglés, úsase Constantan, sendo tamén marca protexida. Outra marca de aliaxe moi semellante é ISOTAN, do Isabellenhütte Heusler GmbH & Co KG.

Constantán
Composición e propiedades físicas
Composición 53~57% Cobre
43~45% Níquel
0,5~1,2% Manganeso
<0,5% Ferro (restante)
Resistividade eléctrica

ρ=49×10−6Ω·cm (20 °C)
ρ=51×10−6Ω·cm (600 °C)

Coeficiente térmico de resistividade eléctrica α = 1 x 10−5K−1 (20~600°C)
Condutividade eléctrica κ = 2 m.Ω−1.mm−2
Calor específica c = 410 J.kg−1.K−1
Condutividade térmica λ = 49 W.mK−1
Masa específica μ=8,9 g·cm−3
Coeficiente de dilatación lineal α = 13,5 x 10−6K}−1 (100 °C)
α = 14,0 x 10−6K}−1 (200 °C)
α = 14,5 x 10−6K}−1 (300 °C)
α = 15,0 x 10−6K}−1 (400 °C)
α = 16,0 x 10−6K}−1 (600 °C)
Módulo de elasticidade E = 180kN.mm−2
Punto de fusión 1573K (1280°C)
Punto de ebulición Aprox. 2673K (2400°C)

Composición, propiedades e usos

A composición do constantán é variábel: do 53 ao 57% de cobre, 43 a 45% de níquel, 0,5~1,2% de manganeso e menos do 0,5% de ferro.

Unha forma comercial ordinaria pode presentar 55% de cobre, 44% de níquel, 1% de manganeso e residuos de ferro.

A súa principal e máis apreciada característica é a de presentar unha resistividade eléctrica sensibelmente constante (0,49~0,51Ω.mm²/m, media aritmética 0,50Ω.mm²/m) nun amplo intervalo de temperatura (20~600°C).

Efectivamente, o constantán presenta unha curva característica resistividade eléctrica fronte á temperatura de operación tan aproximamente lineal, que pode ser asumida como lineal.[3]

Esta propiedade, pois, xustifica a súa utilizació con éxito en aplicacións técnicas electrotérmicas, termoelétricas e outras até o limiar de 500°C.[4][5].

Así, o constantán utilízase para a produción de fios para a fabricación de resistores eléctricos (chamados comunmente, "resistencias eléctricas"), así como en termopares para instrumentos de precisión,[9] e dispositivos de calefacción.[10]

Explicación física

A pequena, practicamente nula, dependencia térmica da resistividade eléctrica (exhibida pola case constancia do seu coeficiente térmico de resistividade eléctrica α = 1 x 10−5K−1 (20~600°C) concorda coa tamén case constancia do seu coeficiente de dilatación lineal α = 13,5 x 10−6~16,0 x 10−6K−1 (100~600°C) e isto débese case exclusivamente ao feito de que esta aliaxe presenta, naquel intervalo de temperaturas, un nivel elevado de organización cristalina dentro da súa estrutura, coa contribución da densidade de impurezas.

Isto significa que, aínda que a densidade de impurezas no material tamén depende da temperatura (e, co aumento da temperatura, aumente lentamente), debido ao elevado número de lagoas na estrutura cristalina, hai influencia electrónica de dispersión sobre elas, e non principalmente sobre os electróns ou espallamento electrón-fonón. Por esta razón, a resistividade eléctrica do constantán está fortemente determinada pola elevada concentración de impurezas e pola súa influencia na dispersión de electróns na estrutura cristalina.

Notas

  1. ↑ constantán s m IND Aliaxe de cobre e níquel, dunha gran resistividade eléctrica, idónea para construír resistencias eléctricas. Dicionario de galego. Vigo: Ir Indo, 2004.
  2. ↑ J. R. Davis (2001). Copper and Copper Alloys. ASM International. p. 158. ISBN 0-87170-726-8. 
  3. ↑ 3,0 3,1 M. A. Laughton & D. F. Warne (2003). Electrical Engineers Reference Book (16ª ed.). Elsevier. pp. 10–43. ISBN 0-7506-4637-3. 
  4. ↑ 4,0 4,1 Fame.com, Produtos para aquecemento
  5. ↑ 5,0 5,1 Lorenzetti.com.br Produtos para aquecemento[Ligazón morta]
  6. ↑ Ferreira, Aurélio Buarque de Holanda. Dicionário da Língua Portuguesa. Rio de Janeiro: Positivo, 2010.
  7. ↑ A chronological history of electrical development from 600 B.C., p. 59, National Electrical Manufacturers Association, 1946.
  8. ↑ David Oakes Woodbury A measure for greatness: a short biography of Edward Weston, p. 168, McGraw-Hill, 1949.
  9. ↑ Resistores non lineais: características e curvas.
  10. ↑ Constantán aplicado en termopares Arquivado 13 de abril de 2020 en Wayback Machine..

Véxase tamén

Bibliografía

  • J. R. Davis (2001): Copper and Copper Alloys. ASM International. ISBN 0-87170-726-8.
  • E. Yu. Nekhendzi & N. P. Kharitonov (1962): "Constantan wire strain gauges for high temperatures". Measurement Techniques 5 (1): 31-34.

Outros artigos