Un conduttore elettrico è un materiale capace di far scorrere corrente elettrica al suo interno. Questa proprietà, nei metalli, è dovuta agli elettroni, mentre nelle soluzioni si attribuisce anche agli ioni.
Per conduttore elettrico si intende un materiale capace di far scorrere al suo interno energia elettrica per mezzo di elettroni liberi o specie ioniche con carica positiva e negativa in grado di trasportare corrente.
È il movimento degli elettroni tra gli strati che spiega questa insolita proprietà della grafite.
Proprio la differenza di struttura e le diverse caratteristiche alla base della conduzione permette di distinguere materiali conduttori da destinare ad usi elettrici da quelli isolanti, ecco quali sono i principi che ne regolano il funzionamento.
Tipi di Conduttori Elettrici
In base alla conducibilità elettrica, ossia alla capacità di far passare elettroni al loro interno, è possibile classificare i materiali in:
Leggi anche: Il legno: conduttore o isolante?
- Conduttori metallici
- Conduttori elettrolitici
- Conduttori gassosi
- Isolanti
- Semiconduttori
- Superconduttori
Tra questi, i migliori conduttori elettrici sono i metalli, in particolare argento, rame e oro, a causa della loro struttura atomica cristallina.
Per definizione, un buon conduttore è un materiale i cui elettroni sono liberi di muoversi senza legarsi al nucleo degli atomi, così generando corrente elettrica nel passaggio da un atomo all’altro.
Questo è proprio ciò che avviene nei metalli, che sono attraversati dalla corrente in presenza di tensione elettrica ovvero quando ad essi si applica un circuito elettrico, in quanto dotati di particelle libere di muoversi.
Fattori che Influenzano la Conducibilità
Oltre alla struttura che li caratterizza, i fattori che possono influenzare la capacità di un materiale di condurre la corrente elettrica sono due in particolare: la temperatura e le impurità. L’aumento e l’abbassamento della temperatura di un materiale possono, infatti, alterare la sua conducibilità, così come aggiungere impurità ad un conduttore ne abbassa la sua capacità di condurre corrente elettrica.
Esempi di Materiali Conduttori
Si considerano ottimi esempi di materiali conduttori l’argento, il rame, l’oro, l’alluminio, lo zinco, il cromo, l’iridio, il tungsteno, il nichel, il ferro, il platino e il piombo.
Leggi anche: La Conducibilità Termica dell'Alluminio
I migliori conduttori sono quelli che, a un buon prezzo, riescono a condurre una buona quantità di elettricità, come per esempio il rame e l’alluminio.
Forse già lo sapevi, ma ci sono anche altri materiali conduttori che non sono necessariamente corpi metallici. Alcuni esempi? L’acqua, e di conseguenza anche il corpo umano è un ottimo conduttore!
Superconduttori e Semiconduttori
Alcune sostanze, come per esempio alcuni metalli, nel momento in cui vengono portati a temperature molto basse diventano cosiddetti superconduttori - ovvero conduttori "perfetti". La loro bassa resistenza alla corrente elettrica si riduce ancora, e non è più misurabile.
Questi superconduttori sono perfetti per trasportare l’energia elettrica evitando dispersioni.
Probabilmente hai già sentito parlare dei semiconduttori: sono elementi chimici, come per esempio il silicio, che presentano proprietà intermedie tra conduttori e isolanti.
Leggi anche: Come funziona lo scambiatore di calore auto?
Conduttività Termica
Secondo quanto abbiamo detto il calore si trasmette per contatto da un corpo a un altro corpo a temperatura inferiore. In generale si dice che la trasmissione è per conduzione quando il calore passa da un corpo ad un altro attraverso una serie continua di mezzi materiali, senza che vi sia contemporaneamente un trasporto di materia.
La quantità di calore che si propaga nel tempo τ in regime stazionario attraverso il muro è dato dalla relazione di Fourier : Q=KS(t1-t2)τ/d, dove S è un elemento di superficie della parete e K, coefficiente di conducibilità termica , un fattore che dipende dal materiale.
I materiali vengono distinti in buon conduttori se K è piuttosto grande e in isolanti se K è piuttosto piccolo.
Il rame e l’argento quindi sono ottimi conduttori; il legno, il sughero, il vetro e i materiali plastici, l’acqua e l’aria sono cattivi conduttori.
Il materiale con la maggiore conducibilità termica è il diamante: il suo valore di conducibilità può andare da 9 a 26 delle unità in tabella, cosa che lo rende estremamente freddo al tocco.
Questo esperimento mette in evidenza che i “buoni conduttori” di calore non sono, in realtà, tutti ugualmente “buoni”.
I dati qui raccolti sono in sintonia con i risultati dell’esperimento, in quanto l’acciaio ha minore conducibilità e l’alluminio è un miglior conduttore rispetto all'ottone e all’acciaio.
Convezione e Irraggiamento
Nei solidi e nei gas la propagazione può avvenire anche in altro modo. Le differenze di temperatura determinano in seno al fluido delle differenze di densità e si ha come conseguenza lo spostamento di porzioni del fluido fino al raggiungimento di un nuovo stato di equilibrio.
Il riscaldamento rapido che porta rapidamente a ebollizione l’acqua contenuta in un bollitore ha luogo grazie alla convezione. E grazie alla convezione si salvano i pesciolini di Roberto (vedi 5.2 Problema di Roberto).
Si parla spesso di calore ceduto da un corpo per irraggiamento. Come si può sperimentalmente verificare, la quantità di calore che un corpo può emettere nell’unità di tempo è proporzionale alla superficie S del corpo emittente e alla quarta potenza della sua temperatura assoluta.
Isolanti
Al contrario dei conduttori elettrici, i materiali isolanti hanno una struttura atomica diversa, in cui gli elettroni sono vincolati a rimanere fermi in un unico posto, confinati sul loro atomo di appartenenza. Questi elettroni dunque non possono assolutamente sposarsi.
La corrente elettrica qui non passa e, al contrario, si disperde. In virtù di questo principio fisico, gli isolanti per eccellenza sono il legno, il vetro, l’aria e la carta, ma anche la plastica.
Il Legno è un Conduttore di Elettricità?
Per capire se il legno è un conduttore di elettricità è sufficiente individuarne le principali caratteristiche, non soltanto fisiche ma anche quelle meccaniche e tecnologiche.
In particolare, la capacità termica si valuta sulla base della conduttività termica, che nel caso di un materiale poroso come il legno, costituito da un’alta percentuale di acqua e aria, oltre che da sostanza legnosa, risulta essere piuttosto bassa.
Il legno, dunque, si può classificare tra i materiali isolanti e non tra i conduttori di elettricità.