Classificazione dei Conduttori

Si dice che un conduttore è attraversato da una corrente elettrica quando al suo interno vi è una migrazione di particelle cariche. La dinamica delle particelle elettriche necessita di un campo di forze di natura elettrica.

I materiali sono catalogati a seconda della maggiore o minore capacità di far passare facilmente elettroni al loro interno. Queste le principali categorie:

Appartengono a questa categoria tutti i metalli, come, ad esempio, rame (Cu), argento (Ag), Alluminio (Al).
Sono ottimi conduttori sia di corrente che di calore e possiedono una struttura cristallina.
Durante la formazione del cristallo è fornita l'energia necessaria per liberare elettroni di valenza, uno o due per atomo. Tutti gli altri elettroni rimangono ancorati ai rispettivi nuclei, per formare complessivamente degli ioni, che oscillano attorno alla loro posizione di equilibrio con ampiezza crescente al crescere della temperatura. Il modello elaborato per i conduttori metallici è detto ad "elettroni liberi". Questo modello ipotizza, appunto, elettroni di valenza non più legati ad un singolo atomo ma condivisi in una nube elettronica. Il moto degli elettroni liberi può essere:
 

Si identificano tipicamente nelle soluzioni acquose di sali inorganici. In una soluzione i legami elettrici che tengono uniti gli ioni sono indeboliti e parte delle molecole del soluto si separano in cationi (ioni positivi) ed anioni (ioni negativi), dotati di energia cinetica dovuta all'agitazione termica. In presenza di un campo elettrico, al moto disordinato delle cariche (sia positive che negative) si sovrappone un moto ordinato delle cariche stesse, che è la causa del passaggio di una corrente elettrica.

Gli aeriformi sono tendenzialmente isolanti, ma alcune molecole di gas, sotto particolari condizioni, possono perdere elettroni ed offrire conducibilità elettrica sia per moto di ioni negativi che positivi. Talvolta la conducibilità elettrica è notevole.

Lo sono principalmente la maggior parte dei solidi ionici e covalenti. In un isolante non esistono elettroni di valenza liberi di muoversi e tali da evidenziare un flusso di cariche ordinate, sotto l’azione di un campo elettrico. Ovviamente, vale l’osservazione che qualunque sostanza può offrire elettroni di conduzione se si dispone di sufficiente energia per strapparli dagli atomi di appartenenza. In realtà non esistono isolanti perfetti, ma sostanze definite isolanti perché offrono una resistenza assai grande al passaggio di cariche elettriche.

Le loro proprietà sono intermedie tra quelle dei conduttori e degli isolanti. Sono sostanze solide cristalline che offrono conducibilità crescente all’aumentare della temperatura. A temperatura ambiente manifestano proprietà di semiconduttori, ovvero, la conducibilità elettrica dipende da elettroni e “lacune” (con carica elettrica positiva). L’aggiunta di opportune impurità può esaltare la conduzione elettrica.

Per alcuni materiali la resistività si riduce a zero se sono raffreddati ad una temperatura inferiore ad una temperatura critica, che dipende dal materiale considerato (ad esempio 4.1 K per il mercurio). In un conduttore che si trova al di sotto della sua temperatura critica la resistenza è nulla e quindi una corrente elettrica, una volta prodotta, si mantiene costante nel tempo senza che ci siano effetti dissipativi (riscaldamento, perdite di energia). La superconduttività è una proprietà presentata da una grande varietà di materiali quali alluminio, leghe metalliche, semiconduttori con aggiunta di impurità. Il principale ostacolo allo sfruttamento della superconduttività risiede nella difficoltà di raggiungere e mantenere le temperature estremamente basse a cui si manifesta. Recentemente però sono stati scoperti alcuni composti di ceramiche con temperature critiche più elevate (attorno a -200 ºC) molto più facili da raggiungere.