CONDUTTORI ELETTRICI: TIPOLOGIE E CARATTERISTICHE PRINCIPALI - FISICO - 2024

I conduttori elettrici o materiali conduttivi sono quelli che hanno poca resistenza al flusso di corrente elettrica, date le sue proprietà specifiche. La struttura atomica dei conduttori elettrici facilita il movimento degli elettroni attraverso di essi, con i quali questo tipo di elementi favorisce la trasmissione dell'elettricità.

I conduttori possono essere presentati in varie forme, una di queste è il materiale in condizioni fisiche specifiche, come barre metalliche (aste) che non sono state realizzate per essere parte di circuiti elettrici. Nonostante non facciano parte di un assieme elettrico, questi materiali mantengono sempre le loro proprietà conduttive.

Esistono anche conduttori elettrici unipolari o multipolari, che sono formalmente utilizzati come elementi di collegamento per circuiti elettrici in contesti residenziali e industriali. Questo tipo di conduttore può essere formato all'interno da fili di rame o altro tipo di materiale metallico, ricoperti da una superficie isolante.

Inoltre, a seconda della configurazione circuitale, si possono differenziare conduttori per applicazioni residenziali (sottili) o cavi per rubinetti interrati in sistemi di distribuzione elettrica (spessi).

Ai fini di questo articolo, ci concentreremo sulle caratteristiche dei materiali conduttivi allo stato puro; Inoltre, sapremo quali sono i materiali conduttivi più utilizzati oggi e perché.

caratteristiche

I conduttori elettrici sono caratterizzati da una scarsa resistenza al passaggio della corrente elettrica attraverso di essi, cosa possibile solo grazie alle loro proprietà elettriche e fisiche, che garantiscono che la circolazione di elettricità attraverso il conduttore non induca deformazioni o distruzioni. del materiale in questione.

Caratteristiche elettriche

Le principali caratteristiche elettriche dei conduttori elettrici sono le seguenti:

Buona conducibilità

I conduttori elettrici devono avere una buona conduttività elettrica per svolgere la loro funzione di trasporto di energia elettrica.

La Commissione elettrotecnica internazionale stabilì a metà del 1913 che la conduttività elettrica del rame allo stato puro poteva servire come riferimento per misurare e confrontare la conduttività di altri materiali conduttivi.

Pertanto, è stato istituito l'International Annealed Copper Standard (IACS per il suo acronimo in inglese).

Il riferimento adottato è stato la conducibilità di un filo di rame ricotto di un metro di lunghezza e un grammo di massa a 20 ° C, il cui valore è pari a 5,80 x 10 ⁷ Sm ^-1 . Questo valore è noto come 100% di conducibilità elettrica IACS ed è il punto di riferimento per misurare la conduttività dei materiali conduttivi.

Un materiale conduttivo è considerato tale se ha più del 40% di SIGC. I materiali che hanno una conduttività maggiore del 100% IACS sono considerati materiali ad alta conduttività.

La struttura atomica consente il passaggio della corrente

La struttura atomica consente il passaggio della corrente elettrica, poiché gli atomi hanno pochi elettroni nel loro guscio di valenza e, a loro volta, questi elettroni sono staccati dal nucleo dell'atomo.

La configurazione descritta implica che non è necessaria una grande quantità di energia affinché gli elettroni si spostino da un atomo all'altro, facilitando il movimento degli elettroni attraverso il conduttore.

Questi tipi di elettroni sono chiamati elettroni liberi. La loro disposizione e libertà di movimento in tutta la struttura atomica è ciò che rende favorevole la circolazione dell'elettricità attraverso il conduttore.

Nuclei uniti

La struttura molecolare dei conduttori è costituita da una fitta rete di nuclei, che rimane praticamente immobile a causa della sua coesione.

Ciò rende favorevole il movimento degli elettroni che sono lontani all'interno della molecola, poiché si muovono liberamente e reagiscono alla vicinanza di un campo elettrico.

Detta reazione induce il movimento degli elettroni in una determinata direzione, dando così luogo alla circolazione di corrente elettrica che passa attraverso il materiale conduttivo.

Equilibrio elettrostatico

Essendo soggetti a una particolare carica, i materiali conduttivi raggiungono alla fine uno stato di equilibrio elettrostatico in cui non si verifica il movimento delle cariche all'interno del materiale.

Le cariche positive si agglomerano a un'estremità del materiale e le cariche negative si accumulano all'estremità opposta. Lo spostamento delle cariche verso la superficie del conduttore genera la presenza di campi elettrici uguali e opposti all'interno del conduttore. Pertanto, il campo elettrico interno totale all'interno del materiale è zero.

Caratteristiche fisiche

Malleabile

I conduttori elettrici devono essere malleabili; cioè, devono essere in grado di deformarsi senza rompersi.

I materiali conduttivi sono spesso utilizzati in applicazioni domestiche o industriali, in cui devono essere sottoposti a flessione e piegatura; pertanto, la malleabilità è una caratteristica estremamente importante.

Resistente

Questi materiali devono essere resistenti all'usura, per resistere alle condizioni di stress meccanico a cui sono normalmente sottoposti, accoppiati alle alte temperature dovute alla circolazione della corrente.

Strato isolante

Quando utilizzati in un'applicazione residenziale o industriale o come parte del sistema di alimentazione elettrica interconnesso, i conduttori devono essere sempre ricoperti da un adeguato strato isolante.

Questo strato esterno, noto anche come guaina isolante, è necessario per evitare che la corrente elettrica che scorre attraverso il conduttore venga a contatto con persone o oggetti intorno ad esso.

Tipi di conduttori elettrici

Esistono diverse categorie di conduttori elettrici e, a loro volta, in ciascuna categoria ci sono i materiali o i mezzi con la più alta conduttività elettrica.

Per eccellenza, i migliori conduttori elettrici sono i metalli solidi, tra i quali spiccano rame, oro, argento, alluminio, ferro e alcune leghe.

Tuttavia, esistono altri tipi di materiali o soluzioni che hanno buone proprietà di conduzione elettrica, come la grafite o le soluzioni saline.

A seconda del modo in cui viene eseguita la conduzione elettrica, è possibile differenziare tre tipi di materiali o mezzi conduttivi, che sono descritti di seguito:

Conduttori metallici

Questo gruppo è costituito da metalli solidi e dalle rispettive leghe.

I conduttori metallici devono la loro elevata conduttività a nuvole di elettroni liberi che favoriscono la circolazione della corrente elettrica attraverso di loro. I metalli cedono gli elettroni situati nell'ultima orbita dei loro atomi senza investire quantità maggiori di energia, il che rende propizio il salto di elettroni da un atomo all'altro.

D'altra parte, le leghe sono caratterizzate dall'avere un'elevata resistività; cioè presentano una resistenza proporzionale alla lunghezza e al diametro del conduttore.

Le leghe più comunemente utilizzate negli impianti elettrici sono l'ottone, una lega rame-zinco; banda stagnata, una lega di ferro e stagno; leghe di rame e nichel; e leghe di cromo nichel.

Conduttori elettrolitici

Si tratta di soluzioni composte da ioni liberi, che aiutano la conduzione elettrica di classe ionica.

Per la maggior parte, questi tipi di conduttori sono presenti nelle soluzioni ioniche, poiché le sostanze elettrolitiche devono subire una dissociazione parziale (o totale) per formare gli ioni che saranno portatori di carica.

I conduttori elettrolitici basano il loro funzionamento sulle reazioni chimiche e sullo spostamento della materia, che facilita il movimento degli elettroni attraverso il percorso di circolazione abilitato dagli ioni liberi.

Conduttori gassosi

In questa categoria rientrano i gas che sono stati precedentemente sottoposti a un processo di ionizzazione, che consente la conduzione di elettricità attraverso di essi.

L'aria stessa funge da conduttore di elettricità quando, in caso di rottura dielettrica, funge da mezzo conduttivo per la formazione di fulmini e scariche elettriche.

Esempi di conduttori

Alluminio

È molto utilizzato nei sistemi di trasmissione elettrica aerea poiché, pur avendo una conducibilità inferiore del 35% rispetto al rame ricotto, il suo peso è tre volte più leggero di quest'ultimo.

Le prese ad alta tensione sono solitamente ricoperte da una superficie esterna di cloruro di polivinile (PVC), che impedisce il surriscaldamento del conduttore e isola il passaggio della corrente elettrica dall'esterno.

Rame

È il metallo più utilizzato come conduttore elettrico in applicazioni industriali e residenziali, visto l'equilibrio che presenta tra la sua conduttività e il suo prezzo.

Il rame può essere utilizzato in conduttori di basso e medio calibro, con uno o più fili, a seconda della capacità amperometrica del conduttore.

Oro

È un materiale utilizzato negli assemblaggi elettronici di microprocessori e circuiti integrati. Viene anche utilizzato per produrre terminali di batterie per veicoli, tra le altre applicazioni.

La conduttività dell'oro è circa il 20% inferiore alla conduttività dell'oro ricotto. Tuttavia, è un materiale molto durevole e resistente alla corrosione.

Argento

Con una conducibilità di 6,30 x 10 ⁷ Sm ^-1 (9-10% in più rispetto alla conducibilità del rame ricotto), è il metallo con la più alta conducibilità elettrica finora conosciuta.

È un materiale molto malleabile e duttile, con una durezza paragonabile a quella dell'oro o del rame. Tuttavia, il suo costo è estremamente elevato, quindi il suo utilizzo non è così comune nel settore.

Riferimenti

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