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Resistenza elettrica
In laboratorio ci si può procurare due fili di materiale conduttore della stessa lunghezza e sezione, ma di materiale differente, per esempio uno di acciaio e l'altro di costantana(una lega composta di rame e nichel). Possiamo collegare i fili conduttori (uno alla volta) ad una pila che fornisce una differenza di potenziale di 1 V e misurare la corrente che fluisce nel filo tramite un amperometro.
Gli elettroni passano attraverso l'amperometro che misura il valore della corrente in base al suo effetto magnetico. Per il momento trascuriamo la perturbazione dovuta alla presenza dello strumento di misura. Con fili lunghi 2 m e di sezione 1 mm2 si ottengono questi risultati sperimentali:
| materiale | differenza di potenziale | corrente misurata |
| acciaio | 1 V | 0,56 mA |
| costantana | 1 V | 0,20 mA |
Si può vedere che la corrente ottenuta con il filo di acciaio è maggiore di quella ottenuta con la costantana: si dice che l'acciaio è un conduttore migliore della costantana o che oppone meno resistenza al passaggio della corrente.
Si definisce resistenza elettrica R di un conduttore il rapporto tra la differenza di potenziale ΔV applicata ai suoi estremi e la corrente i che lo attraversa.
R = ΔV / i
L'unità di misura SI della resistenza elettrica si chiama ohm (simbolo Ω)
1 Ω = 1 V / A
Completiamo la tabella precedente con l'indicazione delle rispettive resistenze dei due conduttori:
| materiale | differenza di potenziale | corrente misurata | resistenza |
| acciaio | 1 V | 0,56 mA | 1786 Ω |
| costantana | 1 V | 0,20 mA | 5000 Ω |
Maggiore è la resistenza di un conduttore, minore sarà (a parità di tensione) la corrente che lo attraverserà. La resistenza di un conduttore è influenzata, oltre che dal materiale di cui è composto, anche dalle caratteristiche geometriche del filo conduttore.
- La resistenza aumenta con la lunghezza e la sezione
- La resistenza diminuisce con la lunghezza e la sezione
- La resistenza aumenta con la lunghezza e diminuisce con la sezione
- La resistenza diminuisce con la lunghezza e aumenta con la sezione
A livello microscopico la resistenza è dovuta alle interazioni che gli elettroni di conduzione hanno con gli ioni del reticolo: più il filo è lungo, maggiore sarà la resistenza incontrata. Un filo più grosso, invece, offre meno resistenza alla corrente, cosė come l'acqua scorre più facilmente in un condotto a sezione più larga. La dipendenza della resistenza dalla lunghezza L e dalla sezione S del filo si esprime con la seguente legge:
R = ρ L / S
dove ρ è un coefficiente detto resistività o resistenza specifica che dipende dal materiale. La resistività si misura in Ω mOsserva la seguente tabella:
| Materiale | Resistività (Ω m) (20 °C) | Materiale | Resistività (Ω m) (20 °C) | |
| Argento | 1,6 10-8 | Carbonio | 3500 | |
| Rame | 1,7 10-8 | Germanio | 6 103 | |
| Alluminio | 2,8 10-8 | Silicio | 2,3 109 | |
| Ferro | 13 10-8 | Ambra | 5 1020 | |
| Acciaio | 18 10-8 | Zolfo | 1021 | |
| Costantana | 49 10-8 | Legno | fino a 1017 |
I conduttori metallici sono caratterizzati da valore molto piccolo della resistività. L'ordine di grandezza è per tutti di 10-8 Ω m. Nota che abbiamo scelto, per l'esperimento, i metalli con maggiore resistività per non ottenere correnti troppo elevate che avrebbero potuto surriscaldare il filo. Una corrente dell'ordine di qualche mA che attraversi il corpo umano provoca delle forti contrazioni muscolari che possono impedire di lasciare il filo elettrico toccato. Sulle decine di mA gli effetti possono essere mortali per paralisi respiratoria o fibrillazione cardiaca.
Puoi anche notare che c'è una grandissima differenza tra l'ordine di grandezza della resistività di un conduttore metallico (nella prima colonna) e quella di altri materiali (isolanti e semiconduttori).
Un isolante perfetto dovrebbe avere una resistenza infinita, ma nessun materiale è un isolante perfetto. Si chiama rigidità dielettrica il massimo valore del campo elettrico sopportabile da un mezzo isolante. Se il campo elettrico supera il valore della rigidità dielettrica l'isolante si rompe e diventa conduttore.
La resistività dipende a sua volta dalla temperatura: quella dei conduttori aumenta con la temperatura perché l'aumento di agitazione termica disordinata degli elettroni ostacola il fluire ordinato della corrente. La tabella precedente riporta i valori della resistività a temperatura ambiente (20 °C)
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Copyleft Ludovica Battista