Resistività elettrica
La resistività elettrica, anche detta resistenza elettrica specifica, è l'attitudine di un materiale ad opporre resistenza al passaggio delle cariche elettriche. Nel sistema internazionale la resistività si misura in ohm per metro (Ω·m). La resistività differisce dalla resistenza in quanto è una proprietà specifica del materiale in questione e dipende principalmente dalla struttura microscopica del mezzo; al contrario la resistenza R è un proprietà dell'intero conduttore in esame (proprietà macroscopica).
DefinizioneModifica
La resistività ρ è definita come[1]:
- in modulo
vettorialmente
- o anche
- resistività e resistenza, nel caso particolare in cui la corrente è continua e il conduttore è un lungo cilindro (ad esempio un filo), sono legate dalla formula:
dove:
- σ è la conduttività elettrica misurata in S/m, il cui inverso ρ è la resistività elettrica
- j è la densità di corrente elettrica
- E è il campo elettrico all'interno del conduttore
- L è la lunghezza del cilindro
- A è l'area della sezione circolare del cilindro
Dipendenza dalla temperaturaModifica
Nei metalliModifica
La resistività di un metallo aumenta all'aumentare della temperatura:
![{\displaystyle \rho =\rho _{0}[1+\alpha (T-T_{0})]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1f5b9313a5f6bbc146f9f7b00eb91e79457aa799)
dove è la resistività e T la temperatura, mentre è la resistività del metallo alla temperatura T0 di riferimento, solitamente 20 °C, α è il coefficiente termico dipendente dal materiale. Nella grafite e nelle soluzioni la resistività diminuisce all'aumentare della temperatura. Nella costantana (lega binaria di Cu-Ni), la resistività non varia al variare della temperatura.
Nei semiconduttoriModifica
La resistività di un semiconduttore diminuisce esponenzialmente con l'aumentare della temperatura. Più precisamente la relazione è data dalla formula di Steinhart-Hart:
dove A, B e C sono coefficienti specifici del materiale.
Nei dielettriciModifica
La resistività di un materiale dielettrico diminuisce all'aumentare della temperatura.
Nei superconduttoriModifica
Alcuni materiali, detti superconduttori, quando vengono portati al di sotto della loro temperatura critica, assumono una resistività uguale a zero, cioè non offrono alcuna resistenza al passaggio della corrente. Al di sopra della temperatura critica, con l'aumentare della temperatura aumenta la resistività.
Resistività comuniModifica
Nella seguente tabella sono riportate le resistività caratteristiche di alcuni materiali a condizioni normali (temperatura di 20 °C).[2]
| Materiale | Resistività (Ωm) |
|---|---|
| Grafene trasparente | 1,00 x 10−8 |
| Argento | 1,62 × 10−8 |
| Rame | 1,68 x 10−8 |
| Oro | 2,35 × 10−8 |
| Alluminio | 2,75 × 10−8 |
| Tungsteno | 5,25 × 10−8 |
| Ferro | 9,68 × 10−8 |
| Platino | 10,6 × 10−8 |
| Costantana | circa 50 × 10−8 |
| Nichel-Cromo | circa 106 × 10-8 |
| Kanthal | circa 140 × 10−8 |
| Acqua di mare | 2,00 × 10−1 |
| Acqua potabile | tra 2,00×101 e 2,00×103 |
| Silicio puro (non drogato) | 2,5 × 103 |
| Vetro | tra 1010 e 1014 |
| Quarzo fuso | circa 1016 |
La tabella permette di capire facilmente perché il rame sia ampiamente usato per realizzare cavi elettrici. Il rame è quindi usato per linee elettriche di sezione inferiore, fili e cavi elettrici di uso comune, avvolgimenti dei motori e dei trasformatori. Per le linee elettriche con sezione maggiore viene invece utilizzato l'alluminio, che a fronte di una maggiore resistività rispetto al rame (e quindi a parità di corrente si utilizzano sezioni maggiori), ha i vantaggi di un peso specifico e costo inferiori, rendendo tra l'altro possibili campate di maggior lunghezza. L'argento è leggermente migliore del rame ma è decisamente più costoso.
Nei materiali non omogenei, e in particolare quelli permeabili all'acqua, come il terreno o il legno, la percentuale di acqua influenza notevolmente il valore di resistività.
Unità di misuraModifica
L'unità di misura della resistività è l'ohm per metro
L'unità di misura della conducibilità elettrica (o conduttività elettrica) è
Nella progettazione di impianti elettrici, si preferisce utilizzare l'ohm per millimetro quadrato/metro . Esso è un multiplo dell'ohm per metro e può essere ricavato moltiplicando il valore della tabella sopra riportata per 106.
Esempio con il rame: 1,68 x 10-8 Ωm moltipicato 106 = 0,0168 Ωmm2/m. Tale valore rappresenta in maniera molto pratica ed immediata la resistenza di un filo di rame lungo 1 metro e della sezione di 1 millimetro quadrato.
NoteModifica
- ^ Resnick-Halliday-Krane, Fisica 2 IV edizione
- ^ (EN) David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Fundamentals of Physics Extended, 8ª ed., Wiley, 2008, p. 689, ISBN 978-0-471-75801-3.
BibliografiaModifica
- Enrico Turchetti, Romana Fasi, Elementi di Fisica, 1ª ed., Zanichelli, 1998, ISBN 88-08-09755-2.
- (EN) E. F. Northrup Methods of measuring electrical resistance (New York, McGraw-Hill book company 1912)
- (EN) H. L. Curtis Electrical Measurements (New York, Mcgraw Hill Book Company Inc., 1937)
Voci correlateModifica
Altri progettiModifica
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Collegamenti esterniModifica
- (EN) IUPAC Gold Book, "resistivity", su goldbook.iupac.org.
- Tavola delle resistività di alcuni materiali (calcolati a 20 °C), su itchiavari.org.
- (EN) Kaye and Laby Tables of Physical and chemical constants (16th edition, 1995), su kayelaby.npl.co.uk. URL consultato il 30 settembre 2007 (archiviato dall'url originale il 28 ottobre 2007).
- Resistività elettrica, in Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
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