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Conduttori e isolanti elettrici

Che cosa sono i conduttori e gli isolanti elettrici?

Un conduttore elettrico è un materiale che ha la proprietà di lasciar propagare sulla sua superficie la carica elettrica, quindi consente il libero passaggio di carica elettrica attraverso di esso.

Ricordiamo che la carica in un conduttore si deposita sulla sua superficie sia che il conduttore sia cavo sia nel caso in cui risulta pieno.

Un isolante elettrico è invece un materiale che non consente alla carica di poterlo attraversare, per cui una volta elettrizzato la carica elettrica in un isolante rimane confinata sulla parte di superficie in cui è avvenuto ad esempio lo strofinio.

Tipici materiali conduttori sono i metalli, mentre tra gli isolanti troviamo legno, plastica, vetro.

Elettroni di conduzione

Le cariche elettriche che vengono scambiate tra conduttori in un processo di elettrizzazione sono gli elettroni.

Tali particelle a cui è assegnata la carica negativa sono dotate di una certa mobilità lungo tutto il volume del conduttore che ne permette la libera circolazione.

A differenza degli isolanti la cui struttura ne fissa le posizioni ben precisamente e non ne permette la mobilità.

Una volta che sono soggetti a una forza elettrica gli elettroni di conduzione possono attraversare tutto il volume del conduttore e passare ad un altro corpo conduttore, questo si verifica ad esempio quando un conduttore scarico si mette a contatto con un altro carico.

La differenza di potenziale mette in moto le cariche che quindi si trasferiscono in parte.

Quando ad esempio scendiamo dall’auto la cui carrozzeria si è caricata per strofinio durante il viaggio e tocchiamo la portiera metallica, capita proprio di sentire una piccola scossa elettrica sulle dita.

Ciò è dovuto all’elettrizzazione per contatto tra un corpo carico (la carrozzeria dell’auto) e il nostro corpo (che essendo composto principalmente di acqua è un ottimo conduttore) che provvede a collegare il metallo dell’auto con il suolo.

La terra infatti ha la capacità di attrarre a se ed accumulare una grande quantità di carica elettrica negativa essendo anch’essa un conduttore.

Modalità di elettrizzazione e materiali

Riassumiamo in uno schema quali materiali si possono elettrizzare attraverso uno dei tre metodi di elettrizzazione esistenti.

ELETTRIZZAZIONE PER STROFINIO:

Isolanti o conduttori impugnati con un isolante

ELETTRIZZAZIONE PER CONTATTO:

Conduttori

ELETTRIZZAZIONE PER INDUZIONE:

Conduttori

La messa a terra

La Terra, cioè il suolo, può essere vista come una grande sfera conduttrice che ha la capacità di accumulare carica elettrica in grande quantità.

La carica presente su tutta la superficie terrestre (essendo conduttore la carica si deposita in superficie) è dell’ordine dei 0,5 MC, cioè 0,5∙106 coulomb e si tratta di una carica negativa.

Potrebbe sembrare un numero molto grande ma date le dimensioni della Terra in realtà la forza repulsiva tra tutte queste cariche è davvero bassa ecco perché si prende come riferimento di potenziale elettrico 0 proprio la terra (il potenziale elettrico è zero quando ad esempio non sono presenti cariche).

Dunque la Terra svolge un importantissima funzione di regolazione per i circuiti elettrici che basano i propri voltaggi mettendoli a confronto con quello terrestre pari a 0, che quindi rappresenta un riferimento elettrico universale.

Per messa a terra si intende quel fenomeno per cui un conduttore carico collegato mediante un altro conduttore (filo metallico o ad esempio il nostro corpo) scarica a terra le cariche negative.

Nei nostri circuiti domestici la messa a Terra è fondamentale per la salvaguardia personale.

Infatti  ipotizziamo che un elettrodomestico la cui carcassa sia metallica, ad esempio la lavatrice, abbia una perdita elettrica, cioè i cavi che portano corrente al suo motore elettrico si lacerino per l’usura e la carica quindi passi erroneamente sulla parte metallica esterna dell’elettrodomestico.

Se l’utente malauguratamente toccasse questa parte carica metterebbe direttamente in contatto il conduttore carico con il suolo, facendo da tramite.

Scaricando a terra la carica in eccesso l’utente potrebbe morire folgorato.

Per scongiurare ciò tutta la nostra rete elettrica domestica è collegata a terra, questo vuol dire che nell’eventualità di queste dispersioni l’elettrodomestico risulterebbe direttamente collegato al suolo, verso cui le cariche negative si possono dirigere.

Perché se il suolo è carico negativamente attira a se le cariche negative nella messa a terra? Non dovrebbero allontanarsi cariche dello stesso segno?

La risposta è che in realtà nella ionosfera, cioè una parte dell’atmosfera terrestre, è presente la stessa quantità di carica che c’è al suolo ma di segno positivo.

Ciò rende in realtà questo sistema coma un gigantesco condensatore sferico con le armature concentriche.

Come vedremo all’interno di un condensatore si crea un campo elettrico, le cui linee di campo vanno dall’armatura negativa a quella positiva, nel nostro caso dal suolo al cielo.

Gli elettroni hanno carica negativa e sono soggette a una forza pari al modulo del campo per la carica che essendo negativa rende opposto il verso del vettore forza rispetto a quello del campo. Ecco perché le cariche negative sono attratte al suolo.

La polarizzazione degli isolanti elettrici

A differenza dei conduttori, negli isolanti o dielettrici non vi è libero passaggio di carica elettrica.

Quando si carica un isolante la carica rimane dunque confinata sul punto in cui ad esempio è avvenuto lo sfregamento.

Tuttavia se avviciniamo un corpo carico ad un dielettrico , si osserva che gli elettroni si ridistribuiscono in maniera tale avvicinarsi o allontanarsi alla carica elettrica che stiamo avvicinando.

Tale fenomeno di redistribuzione di carica prende il nome di polarizzazione degli isolanti a causa della vicinanza di un corpo elettricamente carico.

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