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 … e i liquidi ? … e i gas ? 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 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 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. 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 ! … Ricorda ! … Le lacune, essendo legate alla perdita di elettroni, carichi negativamente, sono di conseguenza portatrici di carica positiva. 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.

MATERIALI PER ELETTROTECNICA materiali sintetici a base di cellulosa CONDUTTORI e ISOLANTI MAPPA CONCETTUALE MATERIALI PER ELETTROTECNICA materiali naturali fibre tessili carta olio gomma MATERIALI CONDUTTORI MATERIALI ISOLANTI materiali sintetici a base di cellulosa carta laccata acetato di cellulosa presspan rame alluminio piombo mercurio Metalli nobili Materiali inorganici Materiali organici argento oro platino aria mica amianto ceramica vetro materie plastiche termoplastiche termoindurenti elastomeri