Isolanti e conduttori termici: definizioni e caratteristiche

I materiali si possono dividere in due grandi categorie: gli isolanti e i conduttori. Sarebbe più corretto definirli cattivi conduttori e buoni conduttori, rispettivamente, dato che ogni materiale ostacola o facilita la conduzione. Questa divisione può concernere la conducibilità termica (cioè il trasferimento di calore) o la conducibilità elettrica (cioè il passaggio di corrente). In questo video dimostreremo, con un semplice esperimento, che i metalli conducono meglio il calore di altre sostanze, come legno o vetro: guarda caso, i metalli sono anche buoni conduttori elettrici. Come mai?
La risposta ci arriva se studiamo la struttura atomica della materia. Gli elettroni più esterni degli atomi di sostanze metalliche godono di una certa libertà di movimento, e vengono “prestati” da atomo a atomo per mantenere le loro condizioni di equilibrio: proprio questi elettroni sono responsabili di una buona conduzione, sia termica sia elettrica, e per questo sono chiamati elettroni di conduzione. Interpretando la temperatura come agitazione molecolare (quello che si dice modello cinetico della temperatura), se mettiamo un metallo a contatto con un corpo più caldo i suoi elettroni di conduzione vengono “agitati” dalla sorgente di calore, e trasmettono questa energia lungo tutto il corpo metallico.
Nei materiali isolanti, invece, gli elettroni degli orbitali più esterni non sono liberi di spostarsi, essendo molto più legati ai nuclei degli atomi che compongono il materiale: il passaggio di energia, e dunque di calore, è assai più lento.
Come spiegheremo nel prossimo video, il movimento degli elettroni (compresi quelli di conduzione) è strettamente legato alla corrente elettrica: non c’è quindi da stupirsi che corpi in cui siano presenti elettroni liberi di muoversi non ostacolino il passaggio di corrente e di cariche elettriche.