Vuoi capire il differenze tra materiali conduttivi e isolanti? Quindi questo testo è per te. Check-out!
Conduttori sono materiali che consentono il movimento di cariche elettriche al suo interno con grande facilità. Questi materiali hanno una grande quantità di elettroni gratuito, che può essere condotto quando applichiamo loro una potenziale differenza. Metalli come rame, platino e oro sono buoni conduttori.
I materiali isolanti sono quelli che offrono una grande opposizione al passaggio delle cariche elettriche. In questi materiali gli elettroni sono, in generale, fortemente legati ai nuclei atomici e, quindi, non sono facilmente trasportabili. Materiali come gomma, silicone, vetro e ceramica sono buoni esempi di isolanti.
Conducibilità x Resistività
La proprietà fisica che indica se un materiale è un conduttore o un isolante è il suo resistività, nota anche come resistenza specifica. La resistività, il cui simbolo è il ρ, si misura in .m, secondo il Sistema internazionale di unità. Oltre alla resistività, c'è la grandezza
conducibilità, indicato dal simbolo σ, la conducibilità di un materiale è l'inverso della sua resistività, cioè:
Conducibilità e resistività sono grandezze inversamente proporzionali.
Conducibilità e resistività sono quantità inversamente proporzionali, cioè se un materiale ha un'alta resistività, la sua conducibilità è bassa e viceversa. Allo stesso modo, a parità di condizioni, un materiale conduttivo non ha caratteristiche di materiali isolanti. L'unità di misura della conducibilità è Ω-1.m-1.
Secondo la fisica classica, la resistività di un materiale può essere calcolata utilizzando grandezze microscopiche e più fondamentali, come la caricare e il pasta di elettroni, oltre a due grandezze di grande importanza per lo studio delle proprietà elettriche dei materiali: o percorso libero medio è il tempo libero medio. Tali spiegazioni provengono da un modello fisico di guida noto come modello di drude.
Il cammino libero medio degli elettroni si riferisce alla distanza che possono essere trasportati all'interno di un materiale senza scontrarsi con gli atomi che costituiscono la struttura cristallina del materiale, mentre il tempo libero medio è l'intervallo di tempo che gli elettroni sono in grado di percorrere lungo il percorso libero media. Nei materiali conduttivi, sia il percorso libero medio che il tempo libero medio sono significativamente più lunghi rispetto ai materiali isolanti, in cui gli elettroni non possono muoversi facilmente.
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Vedi anche: cariche elettriche in movimento
Secondo il modello di Drude, gli elettroni si muovono (vibrano e si traslano) all'interno di materiali conduttori, a causa della loro temperatura, ma anche per l'applicazione di un potenziale elettrico. La velocità con cui si muovono gli elettroni, tuttavia, è estremamente elevata, a differenza della tua. velocità di guida, che è dell'ordine di pochi centimetri all'ora. Questo accade perché, nonostante si muovano ad alta velocità, gli elettroni subiscono continue collisioni con gli atomi che compongono il materiale, perdendo così parte della loro velocità.
Il moto risultante di queste collisioni non è nullo, in quanto gli elettroni si trascinano nella direzione del corrente elettrica, tuttavia è molto lento. Nei materiali isolanti, invece, il cammino libero medio degli elettroni è così piccolo che, a meno che non venga applicata una differenza di potenziale molto grande, non si forma corrente elettrica.
Perché alcuni materiali sono isolanti e altri conduttivi?
Attualmente, la spiegazione della capacità di conduzione della corrente elettrica dei materiali si basa su complesse argomentazioni teoriche che coinvolgono aspetti quantistici della materia. La teoria alla base di questa spiegazione si chiama teorianelbande.
Secondo la teoria delle bande, nei materiali isolanti, gli elettroni hanno livelli energetici inferiori al minimo necessario per essere condotti. Nei materiali conduttivi, invece, gli elettroni hanno livelli di energia superiori all'energia minima perché avvenga la loro conduzione.
Una quantità di energia separa gli elettroni che possono essere condotti da quelli che non possono. Questa energia si chiama divario. Nei materiali isolanti, il divario è molto grande e quindi è necessario applicargli una grande quantità di energia in modo che i suoi elettroni si muovano da un punto all'altro. Per quanto riguarda i materiali conduttivi, il divario di energia è nulla o molto piccola, quindi gli elettroni possono muoversi facilmente al suo interno.
In materiali come la gomma, l'energia del gap è molto alta
Materiali conduttivi
I materiali conduttivi condividono una caratteristica comune: la corrente elettrica viene facilmente condotta attraverso di essi. Le sue caratteristiche principali sono l'abbondanza di elettroni liberi, oltre al basso resistenze elettriche.
Quando i materiali elettrici sono caricati elettricamente, senza portare cariche, diciamo che sono in equilibrioelettrostatico. In questa condizione gli elettroni occupano gli strati più esterni del materiale, posizionandosi esclusivamente sulla sua superficie, a causa della repulsione tra le loro cariche e la loro grande mobilità.
Vedi anche: Legge di Coulomb
→ Esempio di conduttori elettrici
In generale i metalli sono buoni conduttori elettrici e, quindi, trovano largo impiego nella trasmissione della corrente elettrica, nei circuiti elettrici e nei dispositivi elettronici. Oltre ai metalli, alcuni sali, disciolti in mezzi liquidi, consentono anche la formazione di correnti elettriche. Guarda alcuni esempi di materiali conduttivi:
Rame
Alluminio
Oro
Argento
L'alluminio è un esempio di materiale elettricamente conduttivo.
Materiali isolanti
voi materiali isolanti offrono resistenza al passaggio della corrente elettrica e, quindi, sono ampiamente utilizzati per bloccarne il passaggio. Quando vengono caricati elettricamente, questi materiali "intrappolano" le cariche al loro interno. Alcuni materiali isolanti possono essere polarizzati, cioè se esposti a un forte campo elettrico esterno, formano al suo interno un campo elettrico opposto, rendendo ancora più difficile la formazione di correnti elettriche. I materiali isolanti in grado di esibire tale comportamento sono detti dielettrici e trovano largo impiego in condensatori, per esempio.
Vedi anche:Campo elettrico
→ Esempi di isolatori
Gli isolanti si oppongono fortemente al movimento dei carichi e sono quindi utilizzati per isolare le superfici di contatto, evitando incidenti con scosse elettriche o riducendo le perdite di energia nei fili conduttori. Guarda alcuni esempi di materiali isolanti:
Gomma da cancellare
Plastica
Bicchiere
Ceramica
I fili di rame, utilizzati nei motori e nei circuiti, ricevono uno strato di vernice isolante.
Un isolante può diventare un conduttore?
In condizioni particolari, come alte temperature, sollecitazioni meccaniche o enormi differenze di potenziale, i materiali isolanti diventano conduttivi. Quando ciò accade, la corrente elettrica che li attraversa di solito provoca un forte riscaldamento a causa di dell'effetto Joule, cioè dovuto agli urti tra gli elettroni e gli atomi che costituiscono il materiale in domanda.
L'esempio più semplice di rottura della rigidità dielettrica è quello della formazione dei raggi: il campo elettrico che si forma tra i nuvole cariche e il terreno è così grande che l'aria diventa ionizzata, permettendo agli elettroni di rimbalzare da un atomo all'altro. Tuttavia, pur essendo in grado di condurre corrente elettrica, l'aria ridiventa un mezzo isolante dopo la scarica atmosferica.
Vedi anche:Cos'è la schermatura elettrostatica?
Riepilogo su conduttori e isolanti
I materiali conduttivi, come argento e rame, offrono poca resistenza al passaggio della corrente elettrica;
I materiali conduttivi hanno un gran numero di elettroni "liberi", legati debolmente ai nuclei atomici, chiamati elettroni di conduzione;
I materiali isolanti, come vetro, gomma o ceramica, offrono una grande resistenza al passaggio della corrente elettrica;
I materiali isolanti hanno un numero ridotto di elettroni e la maggior parte di essi è strettamente legata ai propri nuclei.
Di Me. Rafael Helerbrock
