Conduttività Elettrica e Termica
La conduttività termica ed elettrica dei metalli presenta interessanti interrelazioni, in particolare quando si considerano le variazioni di temperatura. Queste relazioni sono esaminate e quantificate nella legge di Wiedemann-Franz, che stabilisce che il rapporto tra il contributo elettronico della conduttività termica (k) e la conduttività elettrica (σ) di un metallo è proporzionale alla temperatura (T).
La Legge di Wiedemann-Franz
La legge di Wiedemann-Franz si basa sul principio che il trasporto di calore e di elettricità in un metallo coinvolge gli stessi elettroni liberi. Se la velocità delle particelle aumenta, la conduttività elettrica diminuisce a causa delle collisioni che deviano gli elettroni dal loro percorso di trasporto di carica. Al contrario, la conduttività termica aumenta con la velocità media delle particelle, che facilita il trasporto di energia. Questa legge è generalmente valida ad alte temperature, ma fallisce in regioni di temperatura bassa e intermedia a causa della dispersione inelastica dei portatori di carica.
Conduttività Elettrica
La conduttività elettrica è una proprietà fisica che indica la capacità di un materiale di condurre corrente elettrica. L’unità SI della conduttività elettrica è il siemens per metro (S/m). La conduttività elettrica di un materiale dipende da diversi fattori, tra cui la densità e la mobilità dei portatori di carica (come elettroni o ioni), la struttura del materiale, la temperatura e altri fattori ambientali. I materiali con alta conduttività elettrica, come i metalli e alcuni tipi di sali e soluzioni, sono comunemente usati in applicazioni elettriche ed elettroniche, dove servono a trasportare corrente elettrica con minima resistenza o perdita di energia. Altri materiali con bassa conduttività elettrica, come isolanti e semiconduttori, sono utilizzati in applicazioni dove possono essere impiegati per controllare o manipolare il flusso di carica elettrica.
Conduttività Termica
La conduttività termica della maggior parte dei liquidi e solidi varia con la temperatura e, per i vapori, dipende anche dalla pressione. In generale, i metalli sono solidi con una struttura cristallina dove gli ioni (nuclei con i loro gusci di elettroni di core) occupano posizioni equivalenti nella griglia cristallina. I metalli, in generale, hanno alta conduttività elettrica, alta conduttività termica e alta densità. Pertanto, il trasporto dell’energia termica può essere dovuto a due effetti: la migrazione di elettroni liberi e le onde di vibrazione reticolare (fononi).
