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Un conduttore elettrico è un elemento fisico in grado di far scorrere al suo interno la corrente elettrica con facilità. I metalli, solitamente, sono buoni conduttori (come oro, rame, alluminio, argento e ferro), ma possono condurre facilmente l’elettricità anche l’acqua, la terra e il corpo umano. I conduttori sono caratterizzati dalla presenza di elettroni liberi nell'orbita di valenza degli atomi del reticolo cristallino (conduttori di prima specie) o sono specie ioniche che si fanno carico di trasportare la corrente elettrica (conduttore di seconda specie).
La conducibilità elettrica di un conduttore di prima specie può essere interpretata mediante il modello delle bande
Indice |
Conduttori in equilibrio
All' interno dei conduttori sono presenti cariche elettriche libere di muoversi, pertanto una volta raggiunto l' equilibrio elettrostatico necessariamente il campo elettrico all'interno del conduttore è pari a zero (se così non fosse le cariche sarebbero accelerate e non vi sarebbe equilibrio). Tenendo conto di questo e grazie al teorema di Gauss si ha che le cariche elettriche (o meglio gli eccessi di carica) si dispongono sulle superfici esterne dei conduttori.
Essendo
il campo nullo significa che lo spazio entro il conduttore è equipotenziale. Si deve notare che questa è una definizione media macroscopica. Nelle immediate vicinanze dei nuclei atomici ci sono campi elettrici molto intensi, che tengono legati gli elettroni non liberi.
All' esterno della superficie e in prossimità di essa per il teorema di Coulomb
dove σ è la densità di carica superficiale . Inoltre poiché il campo è nullo entro il conduttore il vettore campo elettrico ha direzione normale in ogni punto alla superficie:
Si vede che il valore del campo elettrostatico è maggiore dove σ è maggiore, ed è possibile dimostrare che la densità superficiale di carica è maggiore dove il raggio di curvatura della superficie è minore. In altre parole il campo elettrostatico è più intenso nelle zone di una superficie a forma di punta, per via del cosiddetto fenomeno del potere delle punte. Da questo effetto hanno origine molti fenomeni come la formazione di scintille tra elettrodi di forma appuntita. Il discorso fatto finora non vale soltanto per singoli conduttori, ma anche per sistemi di più corpi conduttori posti a contatto, ad esempio, tramite un filo conduttore.
Conduttore con cavità
Nel caso il conduttore presenti una o più cavità al suo interno i risultati non cambiano. In effetti se si vuole calcolare il flusso di Gauss entro la cavità esso è nullo poiché non contiene cariche. Anche dentro una cavità il campo elettrostatico è nullo. Il potenziale elettrico rimane costante.
Induzione elettrostatica
Un altro fenomeno di particolare rilevanza è l'induzione elettrostatica: fenomeno che porta un conduttore a dividere le sue cariche se messo in prossimità di un altro corpo carico. Un esempio di induzione elettrostatica si vede nel caso di due conduttori di cui uno cavo che contiene un altro conduttore per esempio positivo. Allora se i due conduttori non si toccano, la parte interna al conduttore cavo si carica negativamente poiché le cariche negative vengono attratte dal conduttore interno e quelle positive vengono respinte dallo stesso. Così sulla superficie esterna del conduttore cavo si ha una carica positiva uguale a quella del conduttore interno, questo per mantenere equipotenziale lo spazio occupato dai due conduttori.
Si chiama induzione completa, quando due conduttori sono disposti in maniera tale che tutte le linee di flusso partono da un conduttore e arrivano sull'altro. Due conduttori tra cui ci sia induzione completa formano un condensatore. Caratteristica quantitativa dei conduttori e dei condensatori è la capacità elettrica, che rappresenta appunto la capacità di un conduttore o condensatore di immagazzinare energia.
Collegamento a massa
Quando colleghiamo un conduttore carico a massa (per esempio la Terra), il potenziale si annulla poiché la carica presente sul conduttore si trasferisce tutta alla massa, lasciando il conduttore neutro.
