Conduttori metallici

Conduttori metallici

I.         Introduzione ...................

II.       Prima legge di Ohm

III.     Seconda legge di Ohm

Conduttori metallici

II.     Introduzione

Sono i principali materiali conduttori. In essi le cariche libere sono costituite da elettroni che, essendo debolmente legati al nucleo (elettroni di conduzione), si muovono liberamente negli spazi interatomici. Quando lo scopo è quello di trasportare energia elettrica, la resistività del conduttore utilizzato deve essere la minore possibile. Per questo motivo le linee elettriche di trasporto dell'energia e le macchine elettriche sono realizzate con materiali (solitamente rame elettrolitico o alluminio) aventi una resistività molto piccola. In elettrotecnica, quando si parla di conduttore ci si riferisce a fili, cavi, barre ecc. realizzati appunto in rame o alluminio. I conduttori vengono rivestiti con uno strato più o meno spesso di materiale isolante solido nel caso non debbano entrare in contatto con altri corpi, altrimenti vengono lasciati nudi : per es., nelle linee di contatto tranviarie e ferroviarie. Quando i conduttori devono essere piuttosto rigidi, per es. nei collegamenti realizzati nelle centrali o per le linee di contatto tranviarie o ferroviarie, si ricorre a sezioni massicce (tondini, barre, tubi ecc.), se invece devono essere flessibili, per es. nelle connessioni volanti o nelle linee di trasporto dell'energia, si usano corde formate con fili tanto più sottili quanto maggiore deve essere la flessibilità.

III.Prima legge di Ohm

Leggi di Ohm Leggi fisiche che definiscono il comportamento dei conduttori al passaggio di corrente elettrica. Enunciate dal fisico tedesco Georg Ohm tra il 1825 e il 1827, introducono una nuova grandezza fisica - la resistenza elettrica - e offrono un criterio di classificazione dei materiali in rapporto alla loro capacità di farsi attraversare dalla corrente.

La prima legge di Ohm afferma che la differenza di potenziale (tensione) applicata ai capi di un conduttore è direttamente proporzionale all'intensità di corrente che in esso circola; la costante di proporzionalità prende il nome di resistenza e rappresenta la tendenza di un conduttore a ostacolare il passaggio della corrente elettrica. Nel Sistema internazionale, la resistenza si misura in ohm (Ω).

In forma matematica, la prima legge di Ohm si scrive

ΔV = i R

in cui ΔV indica la differenza di potenziale, i l'intensità di corrente ed R la resistenza. Tale legge permette di determinare, ad esempio, che è necessaria una differenza di potenziale di 10 V (volt) per far circolare una corrente di 2 A (ampere) in un conduttore che ha la resistenza di 5 Ω.

In realtà, la prima legge di Ohm non vale per tutti i conduttori; rappresenta piuttosto un criterio di classificazione dei materiali capaci di condurre corrente elettrica: quelli che rispettano la prima legge di Ohm, vale a dire che sono caratterizzati da una proporzionalità diretta tra tensione applicata e intensità di corrente, vengono detti ohmici; gli altri, non ohmici. Sono ohmici tutti i conduttori metallici tenuti a temperatura costante; sono non ohmici, ad esempio, i conduttori gassosi.

Esistono inoltre dei materiali che manifestano un comportamento anomalo nella conduzione di corrente elettrica: si tratta dei superconduttori che, al di sotto di una certa temperatura critica, specifica per ogni materiale, hanno resistenza elettrica nulla e possono mantenere indefinitamente il flusso di corrente, senza dar luogo a dissipazioni.

III. Seconda legge di Ohm

Il valore della resistenza di un conduttore dipende dalle sue caratteristiche geometriche e dal materiale di cui è costituito; in particolare, per un conduttore di sezione costante, (come un filo di rame) è direttamente proporzionale alla lunghezza e inversamente proporzionale all'area della sezione. In termini matematici questa dipendenza, nota anche come seconda legge di Ohm, si scrive: R = r l/S, dove l rappresenta la lunghezza del conduttore, S la sua sezione ed r la resistività, un parametro caratteristico di ciascun materiale. In sostanza, la legge afferma che, per ottenere un conduttore efficiente, è necessario sceglierlo di un materiale a bassa resistività, e inoltre di forma allungata e di sezione ampia.