| metalli | aumenta |
| isolanti e semiconduttori | diminuisce |
La resistenza dei conduttori aumenta, quella di isolanti e semiconduttori diminuisce, all'aumentare della temperatura
La resistenza elettrica dei materiali varia al variare della temperatura, come del resto tutte le proprieta' dei materiali.
"La resistenza elettrica dei metalli varia con la temperatura" e' equivoca, poiche' "varia con" si puo' intendere implicitamente "varia concordemente con", pero' e' preferibile evitarla.
D'altra parte se la variabilita' puo' essere sia concorde che discorde, la frase e' ugualmente da evitare poiche' potrebbe lasciar intendere che la variabilita' e' concorde, cosi' e' meglio dire:
"La resistenza elettrica dei materiali varia al variare della temperatura" piuttosto che
"La resistenza elettrica dei materiali varia con la temperatura"
d: Rappresentare graficamente e commentare l'andamento dell'intensita' di corrente nel filamento di una lampada, in funzione del tempo, da quando e' freddo a quando e' diventato incandescente (si supponga costante la ddp applicata al filamento).
r: il perno del ragionamento: la resistenza del filamento aumenta all'aumentare della temperatura; e' un dato sperimentale comune a tutti i metalli. Durante il transitorio di accensione la temperatura aumenta da un minimo fino ad un valore massimo, idem la resistenza, la corrente e' discorde alla resistenza (a parita' di ddp), diminuisce quindi da un valore massimo ad uno minimo.
Gli stessi concetti classici a cui abbiamo fatto ricorso per illustrare l'effetto Joule posso essere invocati per tentare di spiegare il fatto sperimentale per cui, nei conduttori metallici, l'aumento di temperatura fa aumentare la resistivita' del materiale e di conseguenza la resistenza del conduttore. Si puo' dire, allora, che l'aumento di temperatura fa aumentare la velocita' del moto di agitazione termica tanto dei nuclei atomici nel reticolo cristallino quanto degli elettroni di conduzione. Il primo processo, pero', non puo' essere molto significativo, perche' le velocita' termiche dei nuclei sono comunque molto piccole in confronto a quelle degli elettroni incidenti, e una variazione delle prime non puo' portare a una variazione apprezzabile delle seconde.
Resta dunque il secondo processo. Se gli elettroni hanno velocita' termiche maggiori, il tempo che intercorre fra un urto e l'altro diminuisce; dunque diminuisce il tempo durante il quale in campo elettrico esterno (applicato dalla pila) puo' accelerarli nel moto di conduzione, prima che un urto casuale riporti l'elettrone a condizioni in media uguali a quelle precedenti l'accelerazione. Questa e' la spiegazione classica della dipendenza della resistenza dalla temperatura. Va detto, pero', che questa spiegazione comporta serie diffcolta'. Molti esperimenti mostrano che gli elettroni di conduzione non variano apprezzabilmente la propria energia quando il conduttore viene scaldato: se l'aumento della resistivita' con la temperatura fosse davvero dovuto agli elettroni e fosse spiegabile secondo la fisica classica, il fenomeno non esisterebbe neppure. Una spiegazione del fenomeno compatibile con il complesso delle osservazioni sperimentali viene data invece dalla teoria quantistica dei solidi. Si tratta pero' di un argomento molto avanzato, e non e' verosimile che ci si aspetti che il candidato sia in grado di farvi ricorso. Che il testo non richieda una spiegazione di carattere quantistico lo dimostra il diverso tenore della seconda parte della domanda. In essa non si chiede di "spiegare" il comportamento dei semiconduttori al variare della temperatura, ma soltanto di descriverlo. In effetti, i semiconduttori si comportano in maniera opposta a quella dei metalli: quando la temperatura aumenta, la resistivita' di un semiconduttore diminuisce. Il fenomeno e' del tutto paradossale dal punto di vista classico, e puo' essere spiegato soltanto dalla teoria quantistica.
Resistenza elettrica delle lampadine di diverso tipo.
Resistenza elettrica lampadina in funzione della temperatura.
Resistenza in funzione del tempo nel raffreddamento di una lampada, con modello.xls