Proprietà elettriche dei materiali

Questo cavo, comunemente usato, è composto da filo di rame, un metallo ad alto contenuto di gradi, ricoperto di plastica isolante, materiale di conducibilità molto bassa

Quali sono le proprietà elettriche dei materiali?

IL proprietà elettriche dei materiali sono quelli che determinano la loro risposta al passaggio della corrente elettrica, cioè la loro capacità di condurre e resistere (di proprietà per trasmettere elettricità e resistenza al passaggio dello stesso, rispettivamente). Secondo questo criterio, i materiali sono classificati in tre categorie: conduttori, isolanti e semiconduttori.

La disposizione delle particelle che compongono l'atomo è responsabile di questa risposta. Due dei più importanti protoni ed elettroni, sono caratterizzati da una carica elettrica, una proprietà della materia, proprio come la massa.

In caso di materiali conduttivi, è facile stabilire una corrente elettrica all'interno, poiché alcuni hanno elettroni liberi, che non sono collegati a un particolare atomo. Normalmente, il movimento di questi elettroni è casuale, ma se un agente esterno si occupa di spostarli in ordine, viene generata una corrente.

Al contrario, il nucleo atomico nei materiali isolanti è in grado di trattenere gli elettroni più saldamente, quindi non è così semplice che le cariche elettriche circolano attraverso di essi.

Per quanto riguarda i materiali a semiconduttore, questi hanno caratteristiche intermedie, ovvero possono condurre elettricità in determinate circostanze circostanze. Ciò li rende particolarmente utili nei dispositivi elettronici, poiché fungono da amplificatori e come regolatori dell'intensità e il passaggio della corrente, tra le altre funzioni.

Può servirti: gradiente di pressione: cos'è e come viene calcolato

Quali sono le proprietà elettriche dei materiali?

Conducibilità elettrica

Il fisico inglese Stephen Gray (1666-1736) fu uno dei primi a classificare i materiali in conduttori e isolanti, in base alla loro facilità di condurre elettricità. Naturalmente, il modo ideale per scoprirlo è passare la corrente elettrica attraverso materiali diversi e studiare la risposta di ciascuno.

Tuttavia, quando una corrente elettrica viene diffusa attraverso un oggetto, all'interno viene creata una densità di corrente (intensità per unità di area)), che, per molte sostanze, è proporzionale al campo elettrico prodotto.

Sia il campo elettrico che la densità di corrente sono quantità vettoriali, quindi sono indicati con grassetto, per differenziarli da quelli che non lo sono. Se viene chiamato il campo elettrico E E la densità di corrente è J, Quindi puoi scrivere:

J ∝ E

Dove il simbolo "∝" legge "... è proporzionale a ...". Per stabilire l'uguaglianza, è richiesta una costante di proporzionalità, chiamata σ (leggi "Sigma"), noto come conducibilità elettrica del materiale. Così:

J = σ E

Unità

La conducibilità elettrica è espressa in amps /volt-metro o abbreviata a /v ∙ m, poiché la densità di corrente è riportata in A /M² e il campo elettrico in v/m. Il quoziente tra la corrente che passa attraverso un materiale e la tensione applicata ad esso è la conduttanza G e la sua unità di misura è la Siemens Ed è abbreviato, quindi, la conduttività σ può anche essere espressa come S/M o S ∙ M⁻¹.

I materiali in cui J = σ E Sanno come Materiali ohmici, Bene, questa è la forma microscopica della ben nota legge OHM per i circuiti elettrici resistivi V = I ∙ R, dove V è la tensione, e la corrente e una resistenza elettrica.

Può servirti: quali sono le proprietà della materia? (Con esempi)

Sostanze e materiali del conduttore

La legge di Ohm stabilisce che maggiore è il campo elettrico all'interno del driver, maggiore è la densità corrente, un fatto che è favorito quando σ è grande. Quindi, i buoni driver sono quelli con alta conducibilità σ.

I materiali con facilità per il trasporto della corrente possono essere conduttori elettronici o conduttori elettrolitici. I primi hanno gli elettroni liberi così chiamati, che sono elettroni piccoli o nulla collegati ad un particolare atomo, e quindi possono circolare attraverso il materiale. Tra questi i metalli spiccano: argento, rame e oro, per esempio.

Quando viene stabilita una tensione in un pezzo di rame, viene creato un campo elettrico all'interno del quale gli elettroni liberi si muovono, generando una corrente elettrica nella direzione opposta al campo.

Il secondo tipo di conduttori, elettrolitici, sono soluzioni in mezzo acquoso di acidi, basi o sali diversi. In questi, la guida viene effettuata grazie a ioni positivi e negativi (rispettivamente cationi e anioni), in grado di muoversi nel mezzo, guidato da elettrodi con un carico di segno opposto.

Tranne le alte tensioni, anche i conduttori elettrolitici sono conformi alla legge di Ohm.

Tabella conduttiva

La tabella seguente mostra la conduttività di vari materiali, conduttori, semiconduttori e isolanti, a una temperatura di 20 ° C.

La conduttività di vari materiali può essere osservata applicando una temperatura di 20 ° C

La temperatura è un fattore importante per la conduttività elettrica, poiché a una temperatura più elevata, la conducibilità diminuisce, a causa dell'agitazione termica. In questo modo, gli atomi vibrano più velocemente, aumentando il numero di collisioni tra loro ed elettroni liberi, il cui movimento è più disordinato.

Può servirti: teoria dello stato stazionario: storia, spiegazione, notizie

Al contrario, quando la temperatura diminuisce, i materiali tendono ad aumentare la loro conduttività. Alcuni possono diventare superconduttori a temperatura molto bassa, il che significa che la loro conduttività è praticamente infinita.

Sebbene i metalli stiano guidando materiali per eccellenza, il grafene è quello con la più grande conducibilità, poiché possiamo osservare nel tavolo.

Lui Grafene Non è un metallo, ma una sostanza fatta di carbone puro, i cui atomi sono disposti in una struttura altamente regolare. Essendo anche un eccellente conduttore di calore, il grafene può supportare il passaggio di correnti elettriche elevate senza danni al calore.

Conduttività e resistività

Quando si tratta di conduttori elettronici, lavori sodo con la resistività, invece della conducibilità.

La resistività è reciproca o inversa della conduttività. Ciò significa che maggiore è la conduttività di un materiale, minore è la sua resistività.

La resistività è indicata con la lettera greca ρ (legge "Rho") e come detto sopra, può essere espresso da:

ρ = 1 / σ

Contrariamente alla conduttività, la resistività aumenta con la temperatura, quindi, a una temperatura più elevata, una maggiore resistività.

Riferimenti

1. Bauer, w. 2011. Fisica per ingegneria e scienze. Volume 2. Mc Graw Hill.  
2. Callister, w. Scienza e ingegneria dei materiali. Ho invertito.
3. Stax aperto. Fisica del college. Estratto da: OpenStax.org.