Conduttori, isolanti. Il corpo umano è conduttore ...
Quando gli atomi di rame si aggregano per formare un corpo solido, i loro elettroni più esterni non restano legati ai singoli atomi, ma diventano liberi di muoversi all’interno della struttura cristallina rigida formata dagli ioni positivi fissi del reticolo. Questi elettroni mobili sono detti elettroni di conduzione (da Fisica 2 di Resnick, Halliday, Krane – 4° Edizione, Casa Editrice Ambrosiana).
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| Figura 1 - LED e resistore da 130 ohm. |
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| Figura 2- 2 LED in serie collegati ad un resistore ed un transistor. |
Le cariche elettriche negative (elettroni) sono libere di muoversi in certi materiali detti conduttori (tra cui il rame). In altri materiali non possono muoversi e questi materiali sono detti isolanti (materiali plastici, legno, acqua distillata, …).
In un normale conduttore, ogni atomo fornisce un elettrone libero e come conseguenza potrebbero esserci 10^23 elettroni di conduzione ogni cm^3. Un dado di rame potrebbe contenere un numero di 10 (seguito da 23 zeri) di elettroni di conduzione.
Un isolante a temperatura ambiente potrebbe non avere alcun elettrone di conduzione nello spazio di 1 cm^3 (un dado da gioco).
A metà tra conduttori e isolanti esistono i semiconduttori (es. silicio e germanio) con 10^10 o 10^12 elettroni di conduzione per 1 cm^3. Un dado di silicio o di germanio contiene quindi un numero di 10 (seguito da 10-12 zeri) di elettroni di conduzione.
Realizziamo ora un semplice circuito elettrico per determinare qualitativamente se un materiale è isolante o conduttore.
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| Figura 3 - Circuito elettrico aperto con LED e resistore della figura 1. Cercate di chiudere il circuito inserendo vari materiali e osservate il risultato. |
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| Figura 4 - Circuito chiuso, il LED si illumina. |
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| Figura 5 - Circuito chiuso inserendo del filo di stagno per saldature elettriche. |
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| Figura 6 - Circuito chiuso inserendo una matita rivestita in legno. Il LED non si illumina. |
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| Figura 7 - Circuito chiuso inserendo una matita rivestita in legno. Il circuito si chiude tramite il contatto delle grafite. Il LED si illumina. La grafite è un conduttore, il legno è un isolante. |
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| Figura 8 - Il circuito si chiude in acqua di rubinetto. Il LED si accende appena. |
Come potete notare, l’intensità luminosa del LED è minima, appena percepibile all’occhio. Introduciamo nel circuito un elemento detto transistor che ci aiuta ad amplificare la corrente elettrica molto debole, presente nel circuito.
Un transistor svolge la funzione di valvola elettrica (come il DIODO e come il LED senza emettere luce però) e inoltre amplifica il segnale elettrico.
Il transistor è dotato di tre piedini (elettrodi) detti emettitore, base e collettore. Se la base è scollegata, il transistor non conduce. Viceversa, una piccola corrente elettrica che scorre nella base viene amplificata se l’emettitore è collegato al potenziale negativo e il collettore al potenziale positivo di un circuito.
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| Figura 9 - Circuito con 2 LED, resistore e transistor. Circuito aperto. Per la base del transistor non circola alcuna corrente elettrica. Il transistor funziona da interruttore, da switcher. |
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| Figura 10 - Particolare, zoom della foto precedente. |
Nell’esperimento, toccando con un dito i due fili, si chiude il circuito che permette il passaggio di una debole corrente elettrica (attraverso il nostro corpo) verso la base (il piedino centrale del transistor). Il transistor permette il passaggio della corrente elettrica e inoltre amplifica il segnale in arrivo dalla base. Noi lo osserviamo con una maggiore intensità luminosa dei due LED rosso e bianco.
Risultato: il corpo umano è conduttore. Il transistor è in grado di amplificare il segnale elettrico che attraversa il nostro corpo.
