CONDUTTORI
I conduttori sono sostanze che consentono alle
cariche elettriche di spostarsi agevolmente al
loro interno
Gli elettroni periferici che si muovono rapidamente nel reticolo cristallino prendono il
nome di elettroni di conduzione.
I conduttori metallici sono
costituiti da atomi che hanno
nelle orbite esterne sempre
meno di 4 elettroni, che entro il
reticolo cristallino si sottraggono
facilmente al legame con il
singolo atomo e si spostano con
grande libertà nell’interno del
metallo.
I metalli sono buoni conduttori di elettricità.
Non tutti i conduttori trasportano l’elettricità altrettanto bene: il ferro conduce sei
volte di meno dell’argento (che è il miglior conduttore che vi sia, ma è troppo
costoso.
Certe sostanze, fra le quali alcuni metalli, quando sono portate a temperature molto
basse diventano superconduttori, cioè conduttori perfetti.
ISOLANTI
Gli isolanti sono sostanze all’interno delle quali
le cariche elettriche non si possono spostare e
rimangono fisse
Gli atomi degli isolanti hanno più di 4 elettroni, fortemente impegnati nei legami e
non disponibili per la conduzione.
La carta, il legno, il vetro, la gomma, la ceramica, le fibre tessili e le materie
plastiche sono cattivi conduttori di elettricità.
… e i liquidi ?
Molti di essi, come l’olio e la benzina, sono ottimi isolanti.
L’acqua pura è un isolante, ma se contiene disciolti sali o acidi diventa conduttore,
tanto migliore quanto maggiore è la quantità di queste sostanze.
Una differenza importante fra i metalli e le soluzioni acquose conduttrici è che in
queste ultime alcuni atomi non sono più neutri, ma hanno acquistato carica elettrica
positiva o negativa (sono diventati ioni). In questo caso il passaggio di corrente non
significa soltanto trasporto di cariche elettriche, ma anche spostamento di materia
(elettrolisi).
… e i gas ?
In condizioni normali sono ottimi isolanti, ma a volte presentano una certa
conducibilità, come dimostrano i fulmini (scariche elettriche che attraversano l’aria)
SEMICONDUTTORI
Le sostanze che hanno un comportamento intermedio
tra i conduttori e gli isolanti sono dette semiconduttori
Gli atomi dei semiconduttori hanno esattamente 4 elettroni nelle orbite esterne con
limitate possibilità di spostamento
A temperatura normali,
ogni atomo si unisce agli
atomi vicini tramite il
legame covalente, in base al
quale è come se i 4 elettroni
periferici venissero messi in
comune. Ciò fa sì che ogni
atomo raggiunga l’ottetto (4
elettroni propri e 4 degli
atomi
adiacenti)
che
garantisce la stabilità.
Quando la temperatura cresce, aumenta l’energia cinetica media, per cui qualche
elettrone riesce a staccarsi, diventando libero di muoversi nel reticolo cristallino.
Questo fenomeno aumenta all’aumentare della temperatura e, parallelamente, si
generano altrettanti ioni positivi, ovvero altrettante lacune
SEMICONDUTTORI
Gli elettroni, pur liberi di
spostarsi dentro al materiale
di appartenenza, non ne
possono comunque uscire.
Pertanto il loro numero è
uguale a quello delle lacune e
il semiconduttore nel suo
insieme si mantiene neutro.
Sino a quando i movimenti
sono disordinati e caotici, la
corrente non è significativa.
Quando si applica una
differenza di potenziale agli
estremi del semiconduttore, si
produce una corrente elettrica
dovuta al movimento ordinato
degli elettroni liberi in verso
opposto rispetto al campo
elettrico e allo spostamento
delle lacune nella stessa
direzione del campo.
Le posizioni lasciate libere dagli elettroni di valenza che,
avendo energia sufficiente, si sono sottratti all’impegno
nell’ambito del legame covalente, vengono chiamate
lacune
Vediamo il meccanismo con cui si spostano le lacune
Supponiamo
che
l’atomo di silicio P
abbia perso un
elettrone, formando
così una lacuna.
Uno degli elettroni
dell’atomo di silicio
R vicino alla lacuna
viene attirato dalla
carica positiva e va
a colmarla.
Perciò nell’atomo R,
che si ritrova con un
elettrone in meno, si
crea una lacuna. In
termini fisici, è stato
l’elettrone a spostarsi
da R a P, ma si può
vedere ciò che è
accaduto come lo
spostamento
della
lacuna da P a R.
Il fenomeno si
ripete a catena,
producendo una
vera e propria
corrente
di
lacune
che
avanza attraverso
le posizioni S e Q
nella
stessa
direzione di E.
SEMICONDUTTORI
Per comprendere meglio come si spostano le lacune,
ricorriamo all’analogia di un parcheggio visto dall’alto:
Ricorda ! …
Le lacune, essendo legate alla perdita di
elettroni, carichi negativamente, sono di
conseguenza portatrici di carica positiva.
Ricorda ! …
In un semiconduttore, la resistività diminuisce al
crescere della temperatura, perché aumentano i
portatori di carica ( elettroni e lacune).
I semiconduttori sono impiegati per fabbricare i transistor e i circuiti integrati usati in elettronica, fra
cui i microchip dei calcolatori e dei telefoni cellulari.
CONDUTTORI e ISOLANTI
MAPPA CONCETTUALE
MATERIALI PER ELETTROTECNICA
materiali naturali
MATERIALI CONDUTTORI
•
•
•
•
MATERIALI ISOLANTI
Metalli
nobili
rame
alluminio
piombo
mercurio
•
•
•
argento
oro
platino
Materiali
inorganici
•
•
•
•
•
aria
mica
amianto
ceramica
vetro
Materiali
organici
•
•
•
•
fibre tessili
carta
olio
gomma
materiali sintetici
a base di cellulosa
•
•
•
carta laccata
acetato di
cellulosa
presspan
materie plastiche
•
•
•
termoplastiche
termoindurenti
elastomeri