1. Struttura e legame atomico:
* Metals: I metalli hanno una struttura unica in cui i loro elettroni esterni sono vagamente legati agli atomi. Questi elettroni sono essenzialmente "liberi" per muoversi nel materiale. Quando viene applicata una tensione, questi elettroni liberi scorrono prontamente, risultando in alta conducibilità.
* Non metal: I non metalli, d'altra parte, hanno elettroni strettamente legati. Questi elettroni non sono facilmente rimossi, rendendo difficile il flusso di corrente.
2. Teoria della banda:
* Conduttori: Nei conduttori, i livelli di energia degli elettroni sono vicini, formando una banda quasi continua. Ciò consente agli elettroni di saltare facilmente a livelli di energia più elevati e caricare.
* Insulatori: Gli isolanti hanno un grande divario energetico tra le loro bande di energia. Gli elettroni hanno bisogno di una quantità significativa di energia per saltare in una banda più alta, rendendoli poveri conduttori.
3. Temperatura:
* Aumento della temperatura: In generale, la conduttività dei metalli diminuisce con l'aumentare della temperatura. Man mano che la temperatura aumenta, gli atomi vibrano in modo più vigoroso, rendendo più difficile il flusso liberamente per gli elettroni.
* Semiconductors: I semiconduttori sono interessanti perché la loro conducibilità aumenta con la temperatura. Questo perché l'aumento dell'energia termica eccita più elettroni nella banda di conduzione, aumentando il numero di portatori di carica.
4. Impurità e difetti:
* Impurità: La presenza di impurità in un materiale può avere un impatto significativo sulla conduttività. Alcune impurità possono fungere da "trappole per elettroni", ostacolando il flusso di corrente, mentre altre possono migliorare la conducibilità.
* Difetti: I difetti di cristallo, come posti vacanti e dislocazioni, possono anche influenzare la conducibilità sparpendo gli elettroni e ostacolando il loro movimento.
Esempi:
* rame (Cu): Un metallo altamente conduttivo utilizzato nel cablaggio elettrico a causa della sua abbondanza di elettroni liberi.
* Silicon (Si): Un semiconduttore comunemente usato nei transistor e nei circuiti integrati. La sua conduttività può essere controllata dal doping con impurità.
* gomma: Un non conduttore, comunemente usato come isolamento nel cablaggio elettrico perché i suoi elettroni sono strettamente legati.
In sintesi: La conduttività di un materiale è un fenomeno complesso influenzato dalla sua struttura atomica, dal tipo di legame, dalla temperatura e dalla presenza di impurità e difetti. Comprendere questi fattori è cruciale nella selezione dei materiali giusti per varie applicazioni elettriche.
