Conduttori e isolanti.

Sulla base di ciò che abbiamo precedentemente visto, nel post sulle cariche elettriche, abbiamo appreso il fenomeno dell'elettrizzazione, quindi dell'esistenza di una carica elettrica positiva e di una negativa, che venivano generate da sostanze differenti e che vennero chiamati "resinosi" (ambra, gomma dura, ceralacca, sostanze resinose) e "vetrosi" (vetro e simili).

Abbiamo anche appreso che la forza elettrica generata da un corpo "carico" può essere trasportata, applicando, a tale corpo carico, un filo, che ha le stesse proprietà del corpo carico.

Questo fenomeno di "trasporto" viene definito come conduttività elettrica o conducibilità elettrica.

La conduttività elettrica è definita come il rapporto tra la densità di corrente elettrica J e l'intensità di un campo elettrico E: o = |J|/|E| 

la sua unità di misura è il S/metro. ("S" = Siemens).

I materiali con capacità di conduttività elettrica vengono definiti "conduttori elettrici".

I conduttori elettrici sono dei materiali in grado di far scorrere corrente in modo veloce al loro interno, sono caratterizzati dalla presenza degli elettroni liberi nella banda di valenza degli atomi del reticolo cristallino (conduttori di prima specie) o contengono specie ioniche che si fanno carico di trasportare la corrente elettrica.

L'inverso della conduttività elettrica viene definita resistività elettrica. 

Ci sono dei materiali che per proprietà fisiche assumono valori di resistività elettrica molto alti, questi prendono il nome di Isolanti.

Gli isolanti sono sostanze di vario tipo la cui conducibilità elettrica è in generale estremamente bassa (in alcuni casi si può supporre praticamente nulla).

La resistività elettrica, anche detta resistenza elettrica specifica, è l'attitudine , quindi, di un materiale ad opporre resistenza al passaggio delle cariche elettriche. Nel sistema internazionale la resistività si misura in ohm per metro (Ω·m).

Ci sono poi dei materiali, che per diversità di struttura fisica, assumono proprietà elettriche intermedie tra i conduttori e gli isolanti e prendono il nome di semiconduttori.

I semiconduttori quindi sono materiali che hanno una resistività (o anche una conducibilità) intermedia tra i conduttori e gli isolanti.

Essi sono alla base di tutti i principali dispositivi elettronici e microelettronici a stato solido quali i transistor, i diodi e i diodi ad emissione luminosa (LED).

L'atomo e gli elettroni.

Con il termine materia, si indica genericamente qualsiasi cosa che abbia una "massa" e che occupi uno "spazio"; oppure, alternativamente, la sostanza di cui gli oggetti fisici sono composti.

Questa definizione ci rende semplice la comprensione che tutto ciò che ci circonda è materia.
A sua volta la materia è composta da molecole.

La molecola (che significa "mole", "piccola quantità"), è un'entità composta da due o più atomi (dello stesso elemento o di elementi diversi) uniti fra loro da un legame chimico covalente (un legame covalente è un legame chimico in cui due atomi mettono in comune delle coppie di elettroni).

L'atomo (dal greco ἄτομος - àtomos -, indivisibile) è una struttura nella quale,quindi, è normalmente organizzata la materia nel mondo fisico o in natura. Come abbiamo detto in precedenza, più atomi formano le molecole.

Come vediamo rappresentato in figura, l'atomo è costituito da un nucleo e dagli elettroni, che ruotano intorno al nucleo, seguendo delle traiettorie curve chiamate orbite.

A sua volta il nucleo è formato da particelle elementari chiamate protoni e neutroni.

I protoni, sono di carica positiva, uguale ma opposta a quella dell'elettrone.

I neutroni, di massa circa uguale a quella dei protoni, sono, privi di carica e sono fortemente legati ai protoni da forze estremamente intense ma a corto raggio d'azione.

Il nucleo, ha un diametro di 10000 volte più piccolo dell'intero atomo, è praticamente circondato da spazio vuoto e sta al centro di orbite ellittiche percorse dagli elettroni in continua rotazione.

Gli elettroni, di massa circa 1900 volte più piccola dei protoni e neutroni, sono dotati di carica negativa, e come già detto, uguale ed opposta a quella dei protoni. 

Il Positrone

Il positrone (detto anche antielettrone o positone) è l'antiparticella dell'elettrone. Ha carica elettrica pari a +1, e spin di 1/2, e la stessa massa dell'elettrone.



Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.

L'elettrone

L'elettrone è una particella subatomica con carica elettrica negativa che, non essendo composta da altri costituenti noti, si ritiene essere una particella elementare.

Gli elettroni, insieme ai protoni e ai neutroni, sono componenti degli atomi e, sebbene contribuiscano alla massa totale dell'atomo per meno dello 0,06%, ne caratterizzano sensibilmente la natura e ne determinano le proprietà chimiche: ad esempio il legame chimico covalente si forma in seguito alla condivisione di elettroni tra due o più atomi. Si tratta di una particella molto studiata in diversi ambiti della fisica, in particolare nell'elettromagnetismo e nella fisica dello stato solido. Il moto dell'elettrone genera un campo magnetico; la variazione della sua energia e della sua accelerazione causano l'emissione di fotoni; è inoltre responsabile della conduzione della corrente elettrica e del calore.

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.

Cariche elettriche... un po' di storia.

Parlando di cariche elettriche viene naturale pensare al classico esperimento effettuato con l'involucro in plastica di una comunissima penna a sfera e dei pezzi di carta.

Strofinando la penna su un panno, o sugli indumenti, si osserva che essa acquista la proprietà di attrarre i piccoli pezzi di carta.

Un po' di storia...

Talete di Mileto 

( 640 a.C./625 a.C. – 547 a.C. circa)

Questa osservazione sperimentale è la stessa descritta dal matematico e filosofo greco Talete di Mileto verso il 500 a.C., più di 2500 anni fa!

Talete, notò che strofinando un pezzo di ambra, su un panno di lana, esso acquistava la proprietà di attrarre a sé piccoli corpi come piume, pagliuzze, fili e similari.

Ma, nonostante la scoperta di tale fenomeno, rimase il tutto avvolto nel mistero per circa duemila anni.

William Gilbert

(Colchester, 24 maggio 1544 –

  Londra, 30 novembre 1603)

Infatti nel 1600, William Gilbert (fisico britannico e medico di corte della regina Elisabetta I d'Inghilterra e di Giacomo I) eseguì alcuni esperimenti sui fenomeni elettrici e magnetici, studiando così l'elettricità ed il magnetismo, che descrisse nella sua opera "De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure Physiologia Nova" (Nuova fisiologia sul magnete, sui corpi magnetici e sul gran magnete terrestre), pubblicato nel 1600.

Fu William Gilbert, infatti, a dare un nome a questo strano "fluido" che aveva origine per strofinio, coniando il termine "elettricità".

Elettricità deriva infatti proprio dalla parola in greco antico ἤλεκτρον "elektron" che significa ambra.

Otto von Guericke

(Magdeburgo, 20 novembre 1602– 

Amburgo, 21 maggio 1686)

Verso la metà del XVI secolo Otto Von Guericke, politico, giurista e fisico tedesco, costruì nel 1672 la prima macchina in grado di separare carica elettrica (macchina elettrostatica a strofinio di Guericke).

Generatore elettrostatico

 In altre parole il primo generatore elettrostatico, basato sulla separazione di carica ottenuta per sfregamento di una sfera di zolfo. 

Dimostrò anche come la forza elettrica generata da un corpo carico potesse essere trasportata, applicando a tale corpo carico un filo, che ha le stesse proprietà del corpo carico.

Guericke fece poi un'altra importante scoperta: studiando l'ambra notò infatti come gli oggetti che venivano inizialmente attirati da essa, una volta a contatto con l'ambra caricata, venivano respinti dalla stessa, dimostrando così che la forza elettrica può essere sia attrattiva che repulsiva (fino ad allora l'unica osservazione comunemente nota riguardava l'attrazione delle cariche di segno opposto).

Charles François de Cisternay du Fay

(Parigi, 14 settembre 1698 –

  Parigi, 16 luglio 1739)

Alcuni anni dopo, Charles François de Cisternay du Fay, determinò l'esistenza di una carica elettrica positiva e di una negativa, che venivano generate da sostanze differenti, che vennero chiamati "resinosi" (ambra, gomma dura, ceralacca, sostanze resinose) e "vetrosi" (vetro e simili), scoprendo anche che i corpi caricati allo stesso modo e quindi con le stesse cariche elettriche si respingevano (ambra-ambra o vetro-vetro), mentre i corpi caricati con cariche differenti si attraevano (ambra-vetro), allo stesso tempo suppose che i corpi neutri contenessero uguale quantità dei due fluidi elettrici, mentre i corpi carichi avessero un eccesso di un fluido rispetto all'altro.

Successivamente venne definito con più precisione come l'elettrizzazione avviene per cessione di elettroni (quindi caricandosi positivamente) o per acquisizione di elettroni (caricandosi negativamente), in quanto lo spostamento degli elettroni richiede energie molto esigue rispetto ai positroni.

Un po' di storia non fa mai male...

Ciao a tutti e a presto...

Post con liberi spunti da Wikipedia, l'enciclopedia libera.

C'è differenza tra Elettronica ed Elettrotecnica.

Siamo ormai proiettati nell'era del futuro, sempre più orientati verso la tecnologia ma, nonostante tutto, sempre più spesso sentiamo parlare di Elettronica o di Elettrotecnica e spesso non sappiamo di cosa stiamo parlando, o comunque usiamo impropriamente i due termini a volte interscambiandoli, o più spesso pensando che siano la stessa cosa.

In realtà sono due parole il cui significato è ben preciso e differente.

Vediamo allora di capirne la distinzione, senza entrare troppo in dettaglio, prendendo come spunto le definizioni di Wikipedia.

L'elettrotecnica è una branca concernente le applicazioni pratiche dell'elettricità.
Più specificatamente l'elettrotecnica concerne la produzione, il trasporto e l'utilizzo dell'energia elettrica. Generalizzando l'elettrotecnica è “la tecnica delle correnti forti e di bassa frequenza”.

L'elettronica è la scienza e la tecnica concernente l'emissione e la propagazione degli elettroni nel vuoto o nella materia. In quanto scienza l'elettronica è una branca della fisica, in particolare dell'elettrologia. Nata come branca dell’elettrotecnica è oggi intesa come disciplina a sé, e può essere definita come “la tecnica delle correnti deboli e di alta frequenza”.

Da queste due definizioni, capiamo che c'è una differenza netta e ben distinta tra le due "tecniche" e ciò che le distingue principalmente, quindi, è la diversità di Corrente e di Frequenza con le quali le due tecniche "lavorano".

Più generalmente è l'Intensità di Corrente l'elemento principale di distinzione.

Nei circuiti e dispositivi in cui circolano correnti dell'ordine dei mA (milli Ampere) o meno sono di esclusiva competenza dell'Elettronica.

Ebbene in elettronica, ci si occupa più che altro di circuiti con piccole tensioni, piccole correnti ed
in generale si usano sempre componenti elettronici, tipo i resistori, condensatori e il resto dei
semiconduttori.
Lo scopo di tali circuiti è la "manipolazione" dell'energia elettrica, e il suo sfruttamento per l'informazione.

Quando le correnti valgono centinaia o migliaia di Ampere, allora siamo nel campo dell'Elettrotecnica.

Infatti in elettrotecnica, ci si occupa di impianti con alta tensione, alta corrente e si usano spesso apparecchiature elettro-meccaniche (relè, contattori), e motori.
Lo scopo di questi impianti è la generazione e la trasmissione del energia elettrica, l'illuminamento, il riscaldamento e la trazione meccanica.

Una fascia "contesa" è invece quella relativa a dispositivi interessati da correnti di qualche Ampere o decina di Ampere, in quanto esistono sia impianti elettrici sia dispositivi elettronici funzionanti con correnti di questo ordine di grandezza.
In effetti esiste una branca dell'elettronica, la cosiddetta "Elettronica di potenza", che rappresenta una sorta di confine fra elettronica ed elettrotecnica, in quanto se è certamente elettronica per ciò che riguarda la natura dei dispositivi, d'altra parte gestisce valori di corrente che una volta erano considerati di esclusiva pertinenza dell'elettrotecnica.



Riassumendo:


da "0" a milliAmpere = Elettronica

da qualche Ampere a decine di Ampere = Elettronica di potenza

da centinaia a migliaia di Ampere = Elettrotecnica


Spero, che con questa breve spiegazione, sia riuscito a chiarire un piccolo, ma ricorrente, "errore d'uso" della terminologia e abbia fatto comprendere le principali differenze tra le due branche che ormai ci circondando a 360° nella nostra quotidianità.


Un saluto a tutti e a presto...

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