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materiali nelle tecnologie - Coggle Diagram
materiali nelle tecnologie
possiamo classificare i materiali presenti in natura in base alla loro conducibilità elettrica, sappiamo che esistono i materiali isolanti che non consentono il passaggio di correnti mentre i conduttori si. possiamo dire che il parametro che descrive l'ostacolo che un materiale oppone alla corrente elettrica prende il nome di resistività:
per gli isolanti questo parametro ha ordine di grandezza di 10(alla -15)
per i conduttori questo parametro ha ordine di grandezza di 10(alle -5)
i conduttori sono i materiali che offrono una bassa resistenza al passaggio della corrente elettrica.
Rame è e il materiale conduttore per eccellenza e viene impegnato negli impianti elettrici domestici e industriali.
oro e argento: oltre che nella fabbricazione di gioielli questi due materiali, sono impegnati nei contatti elettrici per gli strumenti e dispositivi ad alta precisione.
stagno: grazie alla sua malleabilità è utilizzato per le saldature e il rivestimento di contatti.
leghe al nichel-cromo: prestano grande resistenza elettrica, buona resistenza alla corrosione e alle elevate temperature e per questo sono utilizzate nelle stufe elettriche.
tungsteno: possiede le stesse caratteristiche delle leghe in nichel-cromo e viene utilizzato nelle lampadine per ottenere energia luminosa
I materiali ferromagnetici: hanno un rilievo particolare che è quello di magnetizarsi in presenza di un campo elettrico (il più usato è il ferro dolce)
I materiali isolanti, anche chiamati dielettrici, sono caratterizzati da una elevatissima resistenza al passaggio della corrente elettrica, i più usati sono:
vetro: oltre a essere utilizzato per la sua caratteristica di essere trasparente viene usato nelle linee aree a bassa tensione.
vetroresina: è una plastica rinforzata on vetro e viene impegnata come isolante nelle applicazioni che devono sopportare temperature elevaate
porcellana: è un tipo di ceramica che viene utilizzata nelle linee aree ad alta tensione (come delle lampadine)
materie plastiche: sono una famiglia di materiali di natura artificiale, vengono impiegate per produrre supporti, connettori, rivestimenti di cavi e i tubi in pvc ecc...
oli minerali: sono fluidi che si sono prodotti in natura con la formazione della terra, vengono utilizzati come mezzi di raffreddamento nei trasformatori
gas: vengono usati nell'isolamento dei cavi elettrici ad alta tensione.
i semiconduttori sono costituiti da materiali che presentano una struttura diversa dagli isolanti e dai conduttori, sono tetravalenti, cioè hanno 4 elettroni nell'ultima orbita, formano dei legami coovalenti. i più usati sono silicio e germanio.
nei semi conduttori esistono due tipi di cariche libere:
cariche libere negative costituite da elettroni
cariche libere positive dette lacune
le lacune non sono vere e proprie cariche ma, di fatto, sono la mancanza di un elettrone, a rappresentarle e solamente un modello che permette di semplificare e rendere più facile e comprensibile il comportamento dei semicoduttori.
la lacuna si forma partendo dal reticolo cristallino dove sono realizzati i legami covalenti, supponiamo che un elettrone di silicio acquisti talmente tante energia da rompere un legame covalente, lo spazio lasciato dall'elettrone viene riempito da questa carica positiva chiamata lacuna, l'elettrone diventa libero, ed inizia a girare per tutta la banda.
le lacune avendo carica positiva attirano a se gli elettroni liberi, oppure gli elettroni che si trovano vicino ad essa, le lacune attirando gli elettroni a se le lacune andranno a rompere altri legami covalenti vicini, e il ciclo si ripete.
Per aumentare la conducibilità di un semiconduttore hanno bisogno di essere drogati, esistono due tipi di drogaggio
con il drogaggio di tipo N si vuole aumentare la presenza di cariche negative, cioè il numero di elettroni liberi, il tipo N e di tipo pentavalente (cioè atomi donatori), per esempio aggiungendo il fosforo al silicio, per ogni atomo di fosforo che introduciamo nel reticolo si introduce un elettrone libero e uno ione positivo fisso
con il drogaggio di tipo P si vuole aumentare la presenza di cariche positive, cioe aumentare le lacune, si fa aggiungendo un'impurità di dipo trivalente (atomi accettori) in modo che non si formino i 4 legami covalenti. il boro aggiungio al sicilio, fa diventare il silicio meno carico negativo.