venerdì 15 febbraio 2013

Conduttori, semiconduttori e isolanti

 
Le sostanze che favoriscono al loro interno il passaggio della corrente elettrica sono dette conduttori; quelle invece che impediscono il passaggio della corrente sono dette isolanti.
Solo poche sostanze, principalmente i metalli, sono buoni conduttori dell’elettricità. Ciò dipende dal fatto che i metalli sono composti da atomi che hanno una struttura elettronica costituita da una serie di livelli (bande) completamente occupati ed un livello più esterno non completamente occupato, contenente uno, due o a volte anche tre elettroni di valenza . Nei metalli allo stato solido, gli elettroni di valenza sono praticamente liberi di muoversi; essi si trovano in un livello di energia più elevato: si dice che sono in banda di conduzione.
Un campo elettrico applicato al metallo, anche se piccolo, produce un moto di deriva e quindi una corrente elettrica.
In molte sostanze tuttavia, gli elettroni di valenza sono legati agli ioni positivi del reticolo. A causa della mancanza di elettroni liberi e quindi di portatori di carica, in queste sostanze è molto difficile produrre una corrente elettrica ; queste sostanze sono chiamate dielettrici e sono isolanti.
Vi è un’altra categoria di sostanze, chiamate semiconduttori costituite da materiali che hanno un comportamento diverso sia dai conduttori che dagli isolanti. In essi gli elettroni riempiono tutta la banda di valenza e non vi sono elettroni “liberi” nella banda di conduzione, proprio come negli isolanti. Nei semiconduttori, però, l’energia necessaria per far passare un elettrone dalla banda di valenza a quella di conduzione è circa da 1/5 a 1/10 dell’energia di eccitazione di un isolante.
Un aumento di temperatura può avere l’effetto di liberare alcuni elettroni dai loro legami e mandarli in banda di conduzione. I semiconduttori hanno quindi una conducibilità elettrica.
I semiconduttori più usati sono germanio, silicio, tellurio.
tabella materiali conduttori
Materiale
Resistività a 0 °C
Coeff. di temperatura
CONDUTTORI
Argento
Rame elettrolitico
Rame
Bronzo fosforoso
Oro
Alluminio
Tungsteno
Ottone
Ferro puro
Platino
Ferro dolce
Stagno
Piombo
Argentana
Manganina
Ferro-silicio
Costantana
Ferro-nichel
Mercurio
Nichel-cromo
0,015
0,016
0,017
0,018
0,021
0,028
0,050
0,085
0,100
0,103
0,13
0,13
0,20
0,35
0,40
0,50
0,50
0,80
0,94
1
0,0036
0,0042
0,0043
0,0040
0,0036
0,0043
0,0042
0,0039
0,0050
0,0036
0,0048
0,0045
0,0043
0,00017
0,00001
0,001
0,000008
0,0007
0,00089
0,0001

Il coefficiente di temperatura a0 viene fornito per una temperatura di riferimento di 0 °C. Qualora si abbia una temperatura di riferimento f °C, il nuovo valore di af si ricava dalla formula:
af = a0 / 1 + a0 x f
Tabella semiconduttori
Semiconductors