Resistività e conduttività elettrica
Introduzione
Laresistività e la conducibilità elettrica sono proprietà fondamentali che determinano la risposta dei materiali alle correnti elettriche. Queste proprietà sono cruciali nella progettazione di sistemi elettrici, nella selezione di materiali per applicazioni specifiche e nel miglioramento dell'efficienza energetica di varie tecnologie.
Fattori che influenzano la resistività e la conducibilità elettriche
Diversi fattori influenzano la resistività e la conducibilità elettrica dei materiali:
Temperatura
Con l'aumento della temperatura, aumenta anche la resistività della maggior parte dei conduttori, a causa dell'aumento delle vibrazioni reticolari che ostacolano il flusso di elettroni. Al contrario, nei semiconduttori, la resistività in genere diminuisce con l'aumento della temperatura.
Composizione del materiale
I diversi materiali hanno resistività intrinseche. I metallihanno generalmente una bassa resistività, che li rende eccellenti conduttori, mentre i non metalli e gli isolanti hanno resistività più elevate.
Impurità e difetti
La presenza di impurità e difetti strutturali in un materiale può interrompere il flusso di elettroni, aumentando la resistività. I materiali di elevata purezza presentano solitamente una resistività inferiore.
Dimensioni fisiche
La resistività di un materiale è indipendente dalla sua forma e dalle sue dimensioni. Tuttavia, la resistenza complessiva di un materiale dipende dalla sua lunghezza e dall'area della sezione trasversale.
Conducibilità elettrica dei metalli
I metalli sono noti per la loro elevata conducibilità elettrica, attribuita alla presenza di elettroni liberi che facilitano il movimento della carica elettrica. La conducibilità dei metalli può essere personalizzata mediante tecniche di lega e di lavorazione per soddisfare requisiti elettrici specifici.
Tabella della resistività e della conducibilità elettrica
Ecco una tabella che riassume la resistività elettrica e laconduttività dei materiali più comuni. La resistività è tipicamente misurata in ohm-metri (Ω-m) e la conduttività in siemens per metro (S/m).
|
Materiale |
Resistività (Ω-m) |
Conduttività (S/m) |
|
Argento |
1.59 × 10-⁸ |
6.30 × 10⁷ |
|
Rame |
1.68 × 10-⁸ |
5.96 × 10⁷ |
|
Oro |
2.44 × 10-⁸ |
4.10 × 10⁷ |
|
2.82 × 10-⁸ |
3.55 × 10⁷ |
|
|
Ferro |
9.71 × 10-⁸ |
1.03 × 10⁷ |
|
Nichel |
6.99 × 10-⁸ |
1.43 × 10⁷ |
|
5.60 × 10-⁷ |
1.79 × 10⁶ |
|
|
Piombo |
2.20 × 10-⁷ |
4.55 × 10⁶ |
|
1.06 × 10-⁷ |
9.43 × 10⁶ |
|
|
Carbonio (grafite) |
3.5 × 10-⁵ |
2.86 × 10⁴ |
|
6.40 × 10³ |
1.56 × 10-⁴ |
|
|
Gomma |
10¹⁴- 10¹⁶ |
10-¹⁶ - 10-¹⁴ |
|
Vetro |
10¹³ - 10¹⁶ |
10-¹³ - 10-¹⁶ |
|
Legno (secco) |
10-¹ - 10¹² |
10¹⁰- 10-⁹ |
|
Acqua (distillata) |
18.2 × 10³ |
5.49 × 10-⁵ |
|
Calcestruzzo |
10¹⁴- 10¹⁶ |
10-¹⁶ - 10-¹⁴ |
Note:
- I metalli(come argento, rame e alluminio) hanno una bassa resistività, il che significa che sono ottimi conduttori.
- I semiconduttoricome il siliciohanno una resistività moderata e sono utilizzati nei dispositivi elettronici.
- Imateriali isolanti come la gomma, il vetro e il legnohanno una resistività molto elevata e una scarsa conduttività.
- L'acquanella sua forma pura (distillata) ha una resistività relativamente alta, ma le impurità (come i sali) aumentano notevolmente la sua conduttività.
Domande frequenti
Qual è la differenza tra resistività elettrica e conduttività?
La resistività elettrica misura la forza con cui un materiale si oppone al flusso di corrente elettrica, mentre la conduttività misura la facilità con cui la corrente elettrica può passare attraverso un materiale.
Come influisce la temperatura sulla conducibilità elettrica dei metalli?
Nei metalli, con l'aumento della temperatura, la conducibilità elettrica in genere diminuisce perché l'aumento delle vibrazioni del reticolo disperde gli elettroni in modo più efficace.
Perché i metalli sono conduttori migliori dei non metalli?
I metalli hanno elettroni liberi che si muovono facilmente attraverso la struttura reticolare, facilitando il flusso di corrente elettrica, mentre i non metalli non hanno questi portatori di carica liberi.
Le impurità possono migliorare la conduttività di un metallo?
In genere, le impurità aumentano la resistività di un metallo interrompendo la regolare struttura reticolare, rendendo più difficile il passaggio degli elettroni.
Quali applicazioni richiedono materiali ad alta conducibilità elettrica?
I materiali ad alta conducibilità elettrica sono essenziali nei cablaggi elettrici, nella trasmissione di energia, nei dispositivi elettronici e nei componenti come connettori e interruttori.
